escuela superior politecnica

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA
DEL LITORAL
Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra
“ PROCESO DEL DISEÑO, CONTROL EN EL USO DE
EXPLOSIVOS, Y REFORESTACION,
DE TALUDES DE MINAS A CIELO ABIERTO”
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del TITULO de
INGENIERO DE MINAS
Presentado por:
FERNANDO DAVID SAAVEDRA GABINO
Guayaquil – Ecuador
1999
DEDICATORIA
MIS PADRES
A MIS HERMANAS
AGRADECIMIENTO
- Al Dr. Paúl Carrión Mero, Director de Tesis
- Al Dr. Julio Cesar Mendes, Profesor UFOP
- Al Geólogo Oscar Jose Tessari – Gerente del Area de Planeamiento, y todos los
mienbros del GETP y de la MBR en general.
- A todas las personas que de manera directa o indirecta colaboraron con la
realización y finalización del presente trabajo.
TRIBUNAL DE GRADUACION
_____________________
Ing. Miguel Angel Chávez
Decano de la F.I.C.T
___________________
Dr. Paúl Carrión Mero
Director de Tesis
__________________
Ing. Jorge Velasco
Miembro del Tribunal
______________________
Ing. Miguel Angel Chávez
Miembro del Tribunal
DECLARACION EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de esta Tesis de
Grado, me corresponde exclusivamente; y el
Patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA
SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL”
(Reglamento de Graduación de la ESPOL)
_____________________
Fernando Saavedra Gabino
RESUMEN
El trabajo que sigue a continuación fue posible gracias al convenio existente entre la Escuela Superior
Politécnica del Litoral (Ecuador) - ESPOL y la Universidad Federal de Ouro Preto (Brasil) - UFOP, el
cual fue realizado en la empresa minera de hierro “Mineraςões Brasileiras Reunidas” - MBR, que se
encuentra en Minas Gerais - Brasil.
El Area donde la MBR tiene sus minas es el denominado “Quadrilátero Ferrífero”, debido a la
concentración del mineral de hierro, el cual está constituido de grandes depósitos de hierro.
La empresa realiza toda una serie de trabajos en sus minas desde la prospección hasta el diseño final de
la mina según las condiciones geológicas y económicas del momento.
El trabajo requisito indispensable para la incorporación como Ingeniero de Minas, es sobre Taludes, el
cual está dividido en tres partes:
La primera parte consiste sobre el proceso del diseño de un talud, características, factores, métodos que
se utilizan en esta empresa.
La segunda parte es sobre el control del uso de explosivos, tanto para producción como para
acabamiento de un talud, llevando un control de las vibraciones producidas por las detonaciones, tanto
por el terreno como por la atmósfera, debido a la proximidad de edificaciones de la MBR.
La tercera parte, es la revegetación del talud acabado, esto con dos finalidades, evitar futuras erosiones
que disminuyan la estabilidad del talud, y atenuar y restaurar daños al Medio Ambiente.
INDICE GENERAL
RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .V
INDICE GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .VI
INDICE DE FIGURAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
INDICE DE TABLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XIII
INDICE DE FOTOGRAFIAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XIV
ABREVIATURAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV
SIMBOLOGIAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI
INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XVII
CAPITULO I
ANTECEDENTES
1.1 Convenio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2 Ubicación de la Empresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 Quadrilatero Ferrífero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4 Problemática General y Problemática Local. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
CAPITULO II
PROCESO DEL DISEÑO DE UN TALUD
2.1 Objetivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25
2.2 Características Generales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
2.3 Etapas del diseño. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.4 Consecuencias de daños a taludes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2.5 Otras Consideraciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
2.6 Análisis de Estabilidad de Taludes
2.6.1
Esquema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2.6.2
Métodos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7 Factores que Condicionan la Estabilidad del Talud
2.7.1
Niveles de Tensión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.7.2
Estructura Geológica.
2.7.3
2.7.2.1
Mapeamiento Geotécnico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
2.7.2.2
Proyección Estereográfica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Clasificación de los Macizos Rocosos
2.7.3.1 Objetivo de las clasificaciones geomecanicas. . . . . . . . . . . . .40
2.7.3.2 Parámetros comunes de las clasificaciones. . . . . . . . . . . . . . . 41
2.7.3.3 Principales sistemas de clasificación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.7.4
Parámetros Geomecánicos
2.7.3.4 Clasificación de los materiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 45
2.7.4.1 Ensayos de caracterización física. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
2.7.5
Influencia del Agua
2.7.5.1 Características. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
2.7.5.2
2.7.6
Drenaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Mecanismos Básicos de Ruptura
2.7.6.1 Características. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
2.7.6.2 Planar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.7.6.3 Cuña. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.7.6.4 Circular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.7.6.5 Toppling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
2.8 Caso Práctico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
CAPITULO III
CONTROL EN EL USO DE EXPLOSIVOS
Objetiv
3.1
o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2 Características. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
3.3 Elementos de una Voladura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.4 Mecanismos Básicos de la Voladura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.5 Normas y Límites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.6 Ondas
3.6.1
Características. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
3.6.2
Vibraciones por el Terreno
3.6.2.1 Clasificación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.6.2.2 Daños ocasionados por una mala detonación . . . . . . . . . . .85
3.6.3
Vibraciones por la Atmósfera
3.6.3.1 Características. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.6.3.2 Propagación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.6.3.3 Daños debido a airblast y a ruido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
3.7
Técnicas de Voladura Escultural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
3.8
Análisis de Daños a Taludes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.9
Control de las Voladuras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
3.10 Caso Práctico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
CAPITULO IV
REVEGETACIÓN DE TALUDES
Objetiv
4.1
os. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.2 Características. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
4.3 Formas de Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.4 Factores que condicionan la Revegetación Natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
4.5 Fases de Sucesión natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Estudio y
4.6
Precolonización en el proceso de revegetación. . . . . . . . . . . . . ..120
Preparació
4.7
n del Suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
4.8 Dinámica de los Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.9 Caso Práctico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..128
V.
ANALISIS DE LOS RESULTADOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..129
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
ANEXOS
BIBLIOGRAFIA
INDICE DE FIGURAS
pag.
Figura 1.1
Contexto geológico del cuadrilátero Ferrífero en el cratón . . . . . . . . . . . . .22
Figura 2.1
Factor de seguridad vs. ángulo de talud . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 29
Figura 2.2
Angulo de talud vs. Volumen de tierra a mover . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
29
Figura 2.3
Métodos empíricos . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
Figura 2.4
Modelos físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
Figura 2.4.1
Clasificación de los métodos numéricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figura 2.5
Método de Diferencias Finitas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 2.6
Método de Elementos Distintos
Figura 2.7
Método Tridimensional . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figura 2.8
Tensión Virgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Figura 2.9
Tensiones Inducidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Figura 2.10
Proyección estereográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figura 2.11
Resistencia al cizallamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
Figura 2.12
Resistencia al cizallamiento de superficies rugosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Figura 2.13
Ejemplos de JRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Figura 2.14
Aplicabilidad del criterio de hoek-Brown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 2.15
Esquema de fuerzas sin y con la presión del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figura 2.16
Tensión efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figura 2.18
Tipos de Drenajes en una mina . . . . . . . . . . . . . .. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figura 2.19
Tipos de rupturas representadas en un talud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Figura 2.20
Ruptura Planar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Figura 2.21
Fuerzas que actúan en una ruptura planar . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 53
Figura 2.22
Relación entre altura del talud y función del ángulo del talud . . . . . . . . . . . 54
Figura 2.23
Ruptura en cuña . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figura 2.24
Vista frontal de fuerzas en ruptura de cuña. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 55
Figura 2.25
Vista lateral de fuerzas en rupturas de cuña . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 56
Figura 2.26
Fuerzas representadas en proyecciones estereográficas. . . . . . . . . . . . . . . . . 56
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 34
Figura 2.27
Ruptura circular. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Figura 2.28
Ruptura por tombamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Figura 2.29
Toppling flexural . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figura 2.30
Toppling por caídas de bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 59
pag.
Figura 2.305
Pit Final – Niveles de Tensión. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figura 2.31
Cálculos de tipos de rupturas por el programa Xstabl . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figura 2.32
Factores geomecánicos Principales tipos de ruptura de MAC . . . . . . . . . 69
Figura 2.34
Angulos Generales de taludes – MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . 69
Figura 3.1
Fragmentación vs. estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 72
Figura 3.2
Elementos de una voladura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 73
Figura 3.3
Características en afastamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .76
Figura 3.4
Sub-perforación
Figura 3.5
Mecanismo Básico de Detonación . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 80
Figura 3.6
Acción del movimiento de la masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 80
Figura 3.7
Velocidad de partícula vs. frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 81
Figura 3.8
Velocidad vs. frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Figura 3.9
Elementos de una onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Figura 3.10
Superposición de ondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
Figura 3.11
Resonancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
Figura 3.12
Ondas de Compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
Figura 3.13
Ondas Superficiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Figura 3.14
Tipos de ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Figura 3.16
Vibraciones por el terreno – primer trimestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Figura 3.17
Vibraciones por la atmósfera – primer trimestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Figura 3.19
Vibraciones por el terreno – seg. trimestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Figura 3.20
Vibraciones por la atmósfera – seg. trimestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Figura 4.1
Técnica para corregir el talud antes de sembrar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1
Clases de Macizo
. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Tabla 2.2
Grado de consistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135
Tabla 2.3
RQD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Tabla 2.4
Grado de Alteración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Tabla 2.5
Grado de fracturamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
Tabla 2.7
Ejemplos de permeabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Tabla 2.8
Parametros de Clasificacíon Bieniawski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Tabla 2.9
Indices Físicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Tabla 2.10
Ejemplos de resistencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Tabla 2.11
Roca Intacta – Caracterisitcas de Resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Tabla 2.12
Dolomito Ferruginoso Alterado )Ia), Factores de Seguridad . . . . . . . . . . 65
Tabla 3.1
Agentes de la detonación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87
Tabla 3.2
Daños a roca vs. Vp
Tabla 3.3
Tensión de la roca vs Vp
Tabla 3.4
Tiempo de exposición máximo según la presión sonora. . . . . . . . . . . . . . 90
Tabla 3.5
Características de desmonte escultra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Tabla 3.7
Instrumentación de Detonaciones – primer trimestre . . . . . . . . . . . . . . . 98
Tabla 3.8
Cálculos de las Instrumentaciones – primer trimentre . . . . . . . . . . . . . . . 99
Tabla 3.12
Instrumentación de Detonaciones – Abril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Tabla 3.13
Instrumentación de Detonaciones – Mayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Tabla 3.14
Instrumentación de Detonaciones – Junio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Tabla 3.15
Cálculos de las Instrumentaciones – seg. trimestre. . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Tabla 3.16
Razón de carga
Tabla 3.17
Tipo de malla en MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
Tabla 3.18
Plano de carga MAC – filito
Tabla 3.19
Plano de carga en Tamandua – filito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
INDICE DE FOTOGRAFIAS
Foto 2.1
Ruptura en cuña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Foto 2.2
Ruptura circular
Foto 2.3
Ruptura Planar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Foto 2.4
MAC – Angulos Generales de MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Foto 3.1
Acabado de un
Foto 4.1
Preparación del suelo con tractor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Foto 4.2
Preparación manual del suelo
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
talud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
ABREVIATURAS
UFOP
Universidad Federal de Ouro Preto - Brasil
MBR
Mineraςões Brasileiras Reunidas - Empresa de hierro – Brasil
UFMG
Universidad Federal de Minas Gerais - Brasil
RSV
René de Souza Viel
Geológo encargado de la Geotecnía – estabilidad de taludes de las minas.
PRF
Paulo Ricardo B da Franca
Ms. Encargado de la estabilidad de depósitos de estériles y presas de residuos
LRL
Luiz Cerello
Geólogo encargado del área de control de las voladuras y acabamiento de taludes
ABGE
Asociación Brasilera de Geología de Ingeniería
IBRAM
Instituto Brasilero de Minería
MAC
Minas de Aguas Claras
MUT
Mina de Mutuca
PIC
Mina de Pico
TAM
Mina de Tamanduá
P
Fósforo
SiO2
Oxido de Sílice
Al2O3
Oxido de Aluminio
FS
Factor de seguridad
Ib
Itabirito
Qt
Cuarcito
Fi
Filita
Fs
Filita cericítica
Fd
Filita dolomítica
Xt
Equisto
RQD
Rock quality desing
Mpa
Mega Pascal
CO2
Dióxido de Carbono
N
Nitrógeno
H2O4
Oxido de Hidrógeno
CO
Monóxido de Carbono
ON
Oxido Nitroso
JRC
Coeficiente de rugosidad de juntas
JCS
Resistencia a la compresión de las paredes de las juntas
SIMBOLOGIAS
d
Diámetro de Peroración
Ap
Afastamiento
Ar
Afastamiento Real
e
Espaciamiento
s
Sub-perforación
T
Taponamiento
V
Velocidad de detonación
dB
Decibeles
DE
Distancia escalonada
f
Frecuencia
vp
Velocidad de partícula
λ
Longitud de onda
δ
Peso Específico
∅
Diámetro
L
Ancho de berma
H
Altura de banco
A1
Angulo de banco
A2
Angulo general
σ
Compresion uniaxial
c
Cohesión
∈
Deformación
mi
Constante de roca intacta
σ1, σ3
Tensiones en la ruptura
mb,a
Constante para roca fracturada
U
Presión del agua
K
Coeficiente de permeabilidad
β
Angulo del plano de deslizamiento
φ
Angulo de rozamiento
A
Superficie del plano de ruptura
φa
Angulo de rozamiento con agua
V
Empuje de agua
W
Peso del macizo
R
Distancia radial
Qmax
Carga máxima de explosivo por retardo
Qt
Carga total de explosivo
D
Distancia de la voladura al lugar de medición
E
Modulo de young
P
Presión en pascal
Po
20µ Pa
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo “Proceso del Diseño, Control en el Uso de Explosivos y Revegetación, en Taludes
en Minas a Cielo Abierto” trata de seguir una secuencia en la vida de un talud basado en trabajos
realizados en la empresa de minería - MBR para sus diversas minas, ayudado por un grupo de
profesionales encargados del área de Geología Aplicada de la Gerencia Técnica de Planeamiento de
dicha empresa.
Primero una vision general del diseño del talud - geotecnía con ayuda de los conocimientos y
experiencias de RSV y PRF, observando en las minas los diversos problemas que se producen durante
la explotación y las posibles soluciones.
A seguir desmonte de roca con uso de explosivos, colaborando con LRL en el monitoriamiento de las
vibraciones tanto terrestres como atmosféricas especialmente de dos minas que se encuentran muy
cerca de un condominio residencial.
El último paso en la estabilización del talud con vegetación, para lo cual consulte con Ing. Agrónomo
Francisco de Assis Lafetá Couto de la Gerencia de Medio Ambiente, sobre el proceso de revegetación
y la importancia de este en la vida de un talud..
CAPITULO I
ANTECEDENTES
1.1 Convenio
El presente trabajo fue realizado gracias a convenio existente entre la Escuela Superior Politécnica
del Litoral – ESPOL y la Universidad Federal de Ouro Preto (Brasil) – UFOP , dentro del
programa ALFA, también por la ayuda y colaboración del Dr. Paúl Carrión Mero – ESPOL y el
Dr. Julio Cesar Mendes – UFOP.
Igualmente la UFOP mantiene convenios con empresas de minería del Brasil, como Mineraςões
Brasileiras Reunidas – MBR, donde se realizo el trabajo.
1.2 Ubicación de la empresa
La empresa Mineraςões Brasileiras Reunidas – MBR, está ubicada en Minas Gerais – Brasil, la
cual posee varias minas en diversas situaciones de explotación, tanto desde el punto de vista de la
vida de la mina como de las características que intervienen en el proceso de explotación.
Las diversas minas se encuentran en el denominado Quadrilátero Ferrífero, debido a la
concentración del mineral de hierro, el cual está constiuido de grandes depósitos ferríferos ligados
a los itabiritos de la formación Cauê del grupo Itabira (Super Grupo Minas) del proterozoico
inferior y raramente ligados al grupo Itacolomí y a la formación Gandarela.
El Quadrilatero Ferrífero, está inserido en la parte meridional de cratón de San Francisco, que
constituye una plataforma, cuyo embasamento se consolidó en tiempos pre-brasilianos (Almeida –
1977).
1.3 Quadrilátero Ferrífero[2]
La evolución tectónica del Quadrilatero Ferrífero está caracterizado por repetidos ciclos de
crecimiento de la costra cuyo inicio se remonta al Arqueano Medio.
La evolución geológica del Neo Arqueano está bien caracterizada y su término coincide con la
actuación del Evento Rio das Velhas (2,78 Ga). En el transcurso del Proterozóico el fragmento de
costra, consolidado en el Neo Arqueano, fue sometido a unos 3 ciclos tecto-sedimentarios, que
dieron origen a los Super Grupo Minas, Grupo Sabará y Grupo Itacolomí, y al Super Grupo
Espinhaço.
La evolución del Super Grupo Minas culmina con actuación del Evento Transamazônico (2.0 Ga),
de poco envolvimiento de la costra.
Compuesto por tres Unidades lito-estratigráficas:
La Primera Unidad:
Presenta una gran diversidad petrográfica, que está predominantemente relacionada a rocas
metamórficas y subordinadamente a rocas ígneas.
Ese tipo de asociación litoestratigráfica
constituye un complejo metamórfico típico (Carneiro – 1992), que posee una amplia distribución
por todo el segmento meridional del cratón.
Este complejo metamórfico há recibido varias denominaciones, como:
Terrenos granito-greenstone (Mascarenhas et al., 1984)
Terrenos migmatíticos-granulíticos, graníticos e granito –greenstone
(Inda et al., 1984)
Complexo Divinópolis e Complexo Barbacena (Machado Filho et al., 1983)
En la región del Q. F., formalmente individido, el compexo metamórfico há recibido algunos
adjetivos geográficos:
Complexos Metamórficos:
Baçao (no interior da sequencia supracrustal)
Caeté (no extremo nordeste)
Belo Horizonte (norte)
Congonhas (sul)
Bonfim (aflorante a oeste da serra da Moeda)
La Segunda Unidad:
Cosntituye una espesa secuencia sobre la costra , que es compuesta por cinturones deformados de
rocas de naturaleza vulcanosedimentarias metamorfisadas en equisto verde.
Esa secuencia
denominada Super Grupo Rio das Velhas esta formada por los Grupos Quebra Ossos, Nova Lima
y Maquiné.
El
Grupo
Quebra
Ossos,
unidad
basal,
está
constituida
sedimentosquímicos/clásticos deformados.
El Grupo Nova Lima es una unidad esencialmente metasedimentaria.
por
vulcanitos
y
El Grupo Maquiné constituye una unidad clástica de equistos, filitas, cuarzo-filitas y cuarcitas,
con hasta 2000 metros de espesura y su contacto con el grupo Nova Lima varia de gradacional a
discordante.
La Tercera Unidad:
Sobre puesta al Grupo Rio das Velhas, está constituida por un espeso paquete metasedimentario
que incluye formaciones ferríferas bandeadas del tipo Lake Superior, vulcanitos y abundante
material clástico, compuesta por Super Grupo Minas, Grupo Itacolomí y Super Grupo Espinhaço.
La actuación del intemperismo, o sea el proceso de alteración supergénica es el principal
responsable por el desenvolvimiento del minerio friable de alto tenor de hierro (67%), donde el 85
% es hematita no compacta.
Fig. 1.1 - Contexto geológico del Cuadrilátero Ferrídero en el cratón São Francisco meridional
1.3.1 Principales Componentes Litológicos[4]
Hematita
Clasificación: Lump-ore (LO)
Sinter-feed (SF)
Pellet feed fine (PFF)
-2
a +1/4”
-1/4” a +100#
-100#
Contaminantes P, SiO2, Al2O3
Fósforo como goetita, limonita, arcilla ocre
Itabiritos
%visual:
material compacto, no compacto, pulverulento
grado de liberación en la faja granulométrica del SF [alta, media, baja]
clasificación: rico
% sílice en SF<10%
pobre % sílice en SF>10%
Canga
Avaliación: granulometría
alto grado de contaminación de Al2O3 y P
Roca estéril
Filitas
Cuarcitas
Carbonatos
...
1.3 Problemática General y Local
Problemática General
La empresa MBR posee minas de hierro, las cuales se encuentran en distitntas etapas de vida, hay
unas que en un par de años cerrarán y otras que comenzarán la explotación.
Debido a esto, se realizan trabajos desde la exploración hasta la recuperación del medio ambiente,
siendo posible obsevar estas etapas en la diversas minas.
Lo principal para el trabajo, sean cálculos de reservas, producción, taludes, etc. es el correcto
muestreo y su debida interpretación tanto en la exploración como durante la explotación.
Problemática Local
Debido a la facilidad de trabajar en las distintas etapas de vida de la mina, el trabajo trata sobre el
proceso del diseño del talud, que no acaba con el cálculo de los ángulos, sino que hay que llevar
un monitoriamiento tanto del trabajo de acabamiento como de la geología que se presenta durante
la explotación.
Dentro del diseño del talud tiene mucha importancia el control del uso de los explosivos y
posteriormente la revegetación donde realmente termina el proceso del diseño del talud.
CAPITULO II
PROCESO DEL DISEÑO DE TALUDES
2.1 Objetivo
El objetivo de diseñar el talud de una mina, es determinar los máximos retornos financieros, ya
sea por aumento de mineral explotado, disminución de estéril, y seguridad en el trabajo.
Tener un talud inestable puede significar posteriores gastos en limpieza por deslizamientos,
deteniendo temporalmente el trabajo o perdiendo parte del mineral por contaminación y en
algunos casos hasta tener que abandonar la mina por la gran cantidad de material estéril que pueda
deslizarse.
2.2 Características Generales
Altura - H
Talud en la
mineración
Entre bermas - A1
Definido
Inclinación
General - A2
Largura de bermas
Condicionantes técnicos
Determinado
Condicionantes económicos
L
H
A2
A1
Fig. 2.1 Angulos de Talud Básico
2.3 Etapas del diseño[12]
El diseño de un talud se lo puede dividir en dos etapas:
La primera
Es evaluar la estabilidad del talud en base de los parámetros técnicos.
Los parámetros técnicos pueden clasificarse en 4 grupos:
La parte operativa de la mina,
tipo de equipos disponibles, perforadoras, cargadoras, camiones, etc.
La geometría,
aquí se incluyen factores como topografía (posición de la mina), área disponible para la
mina, área de concesión, características de ambiente externo (Medio Ambiente), altura
de los bancos, etc.
La geología,
se debe tener un conocimiento de litología, tipo de estructuras, grado de alteración,
características geomecánicas
La Hidrogeología,
preferentemente trabajar con nivel freático mucho más bajo que el banco de trabajo, es
decir, trabajar sin agua
La segunda
Es incorporar los resultados a los estudios financieros.
En este grupo varios factores, como:
Demanda y precio del producto en el mercado
Tasa de producción prevista
Vida útil de la mina (reservas)
Costo de implantación,
Costo de producción
Tenor mínimo de explotación
Relación estéril/mineral
2.4 Consecuencia de Daños a Taludes[13]
Al tener un talud inestable se corre peligros de vidas y económicos
Si hay un deslizamiento se puede:
Tener una contaminación del mineral a ser explotado, en algunos casos si el volumen de estéril
deslizado es muy grande puede cerrar una mina al ser muy costoso el limpiar todo el material.
En obras civiles se necesita hacer cortes exactos en el terreno, sino se tiene que aumentar la
cantidad de concreto para rellenar y tapar los cortes excesivos en las paredes de macizo.
Necesidad de uso de materiales de contención.
Aumento en los costos de manutención, limpieza de deslizamientos pequeños, etc.
Necesidad de dejar mayores bermas.
Al trabajar en subterráneo, se precisa dejar mayores pilares, perdiendo mineral y teniendo un
menor flujo de aire y agua.
En fin se llega a un punto donde;
hay que escoger gastar más en el acabamiento de un talud
para tener una economía a largo plazo.
2.5 Otras Consideraciones[12]
Se debe saber escoger el tipo de perfil a tener en la mina, según el tipo de material, economizando
y mejorando la estabilidad: convexo 
cóncavo 
plano ⁄
Hay que escoger la altura de cada banco y su ángulo de talud individual, que dependerán tanto del
tipo de roca como del equipo a realizar la limpieza.
En geotecnía el riesgo de colapso de un talud se mide en función del factor de seguridad F, que es
la relación entre el conjunto de fuerzas resistentes y las desestabilizadoras que provocarían la
ruptura del talud.
Podemos observar gráficos; en el que, el factor seguridad depende del ángulo del talud, y el
volumen de estéril a ser trabajado depende del ángulo del talud.
El aumento del factor de seguridad disminuye el ángulo del talud y a la vez aumenta el volumen
de estéril a ser limpiado.
Fig. 2.1 - Factor de seguridad vs. ángulo de talud [6]
Fig. 2.2 - Angulo de Talud vs. Volumen de
tierra a ser movido [12]
El valor F=1 señala el límite en el cual un talud “es o no” estable, utilizar valores mayores que 1
(uno) sirve para estabilizar el talud, y se debe a:
variabilidad de las propiedades de los materiales presentes, características estructurales adversas,
variabilidad de las presiones de agua, etc.
El factor de seguridad también va a depender del tiempo que va a permanecer el talud en pie.
2.6 Análisis
de Estabilidad de Taludes [3]
2.6.1 Esquema del Análisis de taludes
Cole cta d e datos
Geológi cos - Geotécnic os
Análi sis Pre liminar
Domini os Geome cánic os
Selec ción d e sectores de riesgo de ruptur a
en cua lqui er mome nto de la vida de la mi na
Colec ta d etallada de datos
Geológicos -Geotécnicos
Cara cterizac ión
Hidrológica
Caracter izació n
físic o - mecá nica d e ro cas
Reaná lisis de taludes
Identifica ción de tipos de ruptur a
Análisis de e stabilidad por equilib rio límite
Ve rific ación de taludes co n
c on mayo r riesgo d e ru ptur a
Retal udar
Estabil izació n Artifici al
Co nvivenc ia con r iesgo
Mo nitoriamiento
2.6.2 Métodos de Análisis de Estabilidad de taludes
Métodos empíricos
Modelos físicos
Análisis por equilibrio límite
Análisis por métodos numéricos
Análisis por métodos probabilísticos
Fig. 2.3 - Métodos empíricos
Fig. 2.4 - Modelos físicos
Equilibrio límite
Aplicación simple con resultados confiables
Asume bloques rígidos
Número de variables mayor que el número de ecuaciones, lo que significa que, hay
necesidad de adoptar simplificaciones
Factor de seguridad es el mismo en todas las fatias
Análisis por métodos numéricos
Integral
Elementos finitos
Continuo
Diferencial
Clasificación
Diferencias finitas
Híbrido
Discontinuo
Elementos distintos
Fig. 2.4 – Clasificación de los métodos numéricos
Características:
condiciones de contorno no descritas por ecuaciones simples
ley constructiva no linear
domínios no homogéneos
geometría y geología complejas
flujo de agua subterránea
procesos dinámicos
problemas tridimensionales
dificultad en caracterizar los macizos
Diferencias
Finitas
Fig 2.5 - Método de las Diferencias Finitas
Qt
Elementos
distintos
Fs
Fd
Fig 2.6 – Metodo de Elementos Distintos
Otras Fórmulas y métodos
Cuña gráfica
Sueco (Fellenius)
Bishop
Janbu
Equilibrio de fuerzas
Spencer
Morgensten y Price
Sarma
GLE
Análisis tridimensionales
Fig 2.7 Método Tridimensional
1
2.7 Factores que Condicionan la Estabilidad del Talud [6]
2.7.1 Niveles de Tensión
Tensión virgen
Son las tensiones propias del terreno
tensión gravitacional (peso de la roca)
tensión tectónica
tensión causada por glaciación
tensiones residuales
Superficie
Límite de pit
Trayectoria de la componente horizontal de la tensión
Fig. 2.8 - Tensión Virgen
2
Tensiones inducidas
Son las tensiones que aparecen al haber algún cambio en el terreno; en este caso son las
tensiones producidas por la excavación.
Al aparecer otro tipo de tensiones o variar las tensiones naturales se produce un
desequilibrio en la roca, la cual intenta recuperar su equilibrio, provocando movimiento
del macizo.
Zonas de
compresión
nula (tracción)
R t
P t i l
Zona Máxima de
Compresión
Fig. 2.9 – Tensiones Inducidas
3
2.7.2 Estructura Geológica [3]
Es uno de los factores de mayor importancia en el control de la estabilidad de los macizos
rocosos; debido a que las rupturas ocurren a lo largo de un plano o combinación de
planos.
Es por lo tanto muy importante:
- la caracterización de los dominios estructurales (mapeamiento geotécnico), y
- el tratamiento estadístico de las estructuras geológicas (proyecciones
estereográficas).
2.7.2.1 El Mapeamiento geotécnico
debe poseer varios itens:
litología
estructuras (tipo)
rumbo y buzamiento
espaciamiento
persistencia
condición de la estructura (planaridad, rugosidad, relleno, agua, etc.).
4
2.7.2.2 Proyección estereográfica [3]
Dirección
Norte
Dirección del
Buzamiento
Buzamiento
Dirección
Círculo grande
representando el plano de
la camada
Polo
Buzamiento
Fig. 2.10 – Proyección estereográfica
5
2.7.3 Clasificación de los macizos rocosos [5]
2.7.3.1 Objetivos de las clasificaciones geomecánicas
Identificar los parámetros más importantes en el control de los comportamientos
de los macizos.
División de los macizos en regiones de comportamiento similar.
Comparación entre macizos de diferentes regiones.
Fornecer datos cuantitativos y cualitativos para elaboración de proyectos de
soporte.
Establecer una base común de clasificación.
Para permitir la individualización y delimitación de horizontes de macizo
relativamente homogéneos, cuanto a las características geológico-geotécnicas de
resistencias y deformabilidad, la MBR adopta la clasificación de Bieniawski
(1989) en sus trabajos.
A través de la correlación “RMR” de esta clasificación, se torno posible estimar
las características de resistencia (Hoek & Brown, 1988) y de derformabilidad de
(Serafim & Pereira, 1983) de los macizos rocosos.
De acuerdo con la faja adoptada de RMR propuesta por Bieniawski (1989) y los
valores verificados para los macizos de la mina, fueron admitidas las siguientes
clases:
6
Tabla 2.1 - Clases de Macizo
Clase
I
II
RMR
100 – 80
80 – 60
Descripción
Muy
bueno
III
b
a
60 – 50
50 - 40
Bueno
Regular
IV
V
40 – 30
----
Pobre
Suelo
cohesivo
rígido a
duro
Nota: RMR estimado para condiciones secas
La presencia de agua debe ser tomada en cuenta por las tensiones
efectivas en el análisis, Hoek & Brown (1988)
2.7.3.2 Parámetros comunes de las clasificaciones
Resistencia del material intacto
RQD – Rock Quality Designation
Espaciamiento y orientación de las discontinuidades
Condición de las discontinuidades
Agua subterránea
2.7.3.3 Principales sistemas de clasificación [3]
Resistencia de los macizos rocosos
- La resistencia de los macizos rocosos es función de la resistencia del
material intacto y de las discontinuidades que lo componen.
7
- El material intacto es normalmente caracterizado a través de ensayos
de laboratorio, o utilizándose criterios de resistencia (Hoek &
Brown)
- Para la caracterización de las discontinuidades es necesario aplicar un
criterio de resistencia al cizallamiento.
Resistencia al cizallamiento de superficies planares
τ
τ
Pico
σn
τ
Residual
σn
desplazamiento
ε
τ
Pico
Pico
τ = σn tag φ
φ
Residual
Residual
τ = c + σn tag φr
c
σn
Fig. 2.11 - Resistencia al cizallamiento de superficies planares
8
Resistencia al cizallamiento de superficies rugosas
τ
τ
σn
i
τ
Ruptura de roca
σn
Cizallamiento por las
superficies
τ = σn tag φb + i
Patton, 1966
σn
Fig. 2.12 - Resistencia al cizallamiento de superficies rugosas
Criterio de resistencia de juntas
Barton et al (1973, 1976, 1977, 1990)
τ = σn tan [θb+ JRC log10 (JCS/σn)]
JRC – coeficiente de rugosidad de juntas, obtenido a través de
comparación con perfiles padrones
JCS – resistencia a la compresión de las paredes de las juntas,
obtenido usando Schmidt Hammer
Barton’s definition of Joint Roughness Coefficient JRC
50 cm
500 cm
A
B
C
A Rough undaulating - tension joints, rough sheeting, rough bedding
JRC = 20
B Smooth undaulating - smooth sheeting, non-planar foliation, undulating bedding JRC = 10
C Smooth nearly planar - planar shear joints, planar foliation, planar bedding
Fig. 2.13 – Ejemplos de JRC
JRC = 5
9
Criterio de ruptura de Hoek & Brown
1980 – criterio de ruptura para roca intacta
σ’1 = σ’3 + σc (mi σ’3/σc + 1 ) ½
σ’1 y σ’3 – tensiones en la ruptura
σc – resistencia a la compresión uniaxial
mi
– constante para roca intacta
1988 - criterio de ruptura de macizos fracturados
σ’1 = σ’3 + σc (mb σ’3/σc )a
mb y a – constantes para roca fracturada
1992 – criterio modificado de ruptura de macizos
σ’1 = σ’3 + σc (mb σ’3/σc + s )a
s – constante que depende de las características del macizo
Aplicabilidad del criterio de Hoek-Brown
Fig. 2.14 - Aplicabilidad del criterio de Hoek-Brown
10
2.7.4 Parámetros Geomecánicos [4]
2.7.4.1 Clasificación de los materiales
La descripción geotécnica en los trabajos de la MBR está basada en conceptos
y simbologías de la “ISRM – Suggested Methods”, que fueron asociados,
ajustados y complementados a los de la “ABGE – Associação Brasileira de
Geología de Engenharia”. Tablas
Grado de consistencia (resistencia/coherencia)
Apreciación táctil-visual de las características de resistencias al impacto,
raspón, compresión uniaxial y trabajabilidad. (ver tabla 2.2)
RQD – Rock Quality Designation
Se considera la sumatoria de los fragmentos mayores a 10 cm, no siendo
considerados los trechos constituidos por macizo completamente alterado
(grado – C) .
(ver tabla 2.3)
Grado de alteración
Características macroscópicas
(ver tabla 2.4)
Grado de fracturamiento
Ponderado de acuerdo con el espaciamiento medio entre fracturas en las
foliaciones y juntas.
Foliación, considerada fractura cuando se presenta abierta y separando
porciones de masa rocosa, presenta
superficies oxidadas, alteradas y con
exfoliación, con o sin relleno, y límite entre bandas composiciones con grados
de alteración y resistencia/coherencia distintos. ( ver tabla 2.5)
11
Condiciones de las fracturas
Se adoptan los parámetros y características de Bieniawski (1989)
Apreciadas según la persistencia, abertura, rugosidad, alteración de las paredes
y relleno.
El relleno aquí considerado, no proviene de cargamentos de finos para fracturas
abiertas, sino de la
alteración
“in situ” de niveles conminuidos por
desplazamiento en régimen dúctil- rúptil. (ver tabla 2.6)
2.7.4.2 Ensayos de caracterización física [3]
Resistencia a compresión uniaxial, MPa
Ensayo de cizallamiento directo, MPa
Ensayo de compresión triaxial, MPa
Otros
Peso específico real (g/cm3) - δ
Proctor normal
δ vs. humedad (%) → se obtiene humedad óptima y δ seco máx.
Adensamiento
Absorción (%)
Porosidad (%)
12
2.7.5 Influencia del Agua [11]
2.7.5.1 Características
Reducción de la estabilidad
a través de la reducción de la resistencia al
cizallamiento.
Desenvolvimiento de presiones neutras adversas.
Posibilidad de licuefacción.
Problemas operacionales.
Aumento de costos.
Congelamiento, peso de agua congelada en las fisuras.
σn
c
σ
c
u
Terreno Seco
Terreno Saturado
τ = c + (σn - u) tan φ
τ = c + σn tan φ
Fig. 2.15 - Esquema de fuerzas sin y con la presión del agua
Tensión Efectiva
τ
τ
σn
τ
σn
τ = c + σn tan φ
↓
τ = c + (σn - u) tan φ
Desplazamiento
σ3
Fig. 2.16 – Tensión efectiva
σ1
σn
13
Para evitar estos problemas se debe conocer límites del acuífero y realizar
bombeamientos por pozos para rebajar el nivel freático, pero cuando se trata de
macizo encajante puede no dar resultado.
Los principales condicionantes hidrológicos en las minas de la MBR están
asociados a las camadas de Metachert.
Las probables rocas básicas o filito dolomítico funcionan como barreras
hidráulicas, confinando el nivel friático, debido a que el filito tiene baja
permeabilidad.
Las rupturas por tombamiento son en su mayoría inducidas por presiones
hidroestáticas del nivel freático confinado.
Para el monitoriamiento de los trabajos de rebajamiento del nivel freático en el
mineral, se debe implantar una red de piezómetros, dispuestos principalmente en
el mineral (un solo piezómetro no es suficiente).
A nivel preliminar, a través de ensayos de infiltración de furos rasos, se estima la
permeabilidad del filito dolomítico, filito dolomítico cuarcitoso, filito sericítico.
Otros furos fueron ejecutados con equipamientos rotopercutivos, siendo
realizados los ensayos en medio saturado, correspondiendo al nivel freático
natural del macizo.
14
Tabla 2.7.- Ejemplos de permeabilidad del macizo [4]
Coeficiente de permeabilidad
k (cm/s)
Material
6 x 10-6
Filita dolomítica
3 x 10
-6
3 x 10
-7
7 x 10
-3
a 2 x 10
Filita dolomítica cuarcitosa
Filita serecítica
-2
Cuarcita
La región del flujo de agua se representa por flujos de líneas de igual potencial.
El potencial es un importante parámetro en el flujo de agua. Este es definido
como la elevación de un punto dado de la presión expresada en el peso de agua.
El flujo de agua se mueve de alto a bajo potencial, fluye a lo largo de líneas
equipotenciales.
2.7.5.2
Drenaje [6]
Escoger el método de drenaje depende de muchos factores incluyendo la altura
del talud, permeabilidad, economía y recursos operacionales.
Principales métodos de drenaje
a)
perforaciones horizontales o casi- horizontales en la cara del talud, son
simples y relativamente fáciles de drenar;
requieren pequeño mantenimiento y drenan por gravedad
b)
perforaciones verticales preferiblemente atrás de la cresta del talud.
se requiere de bombas, con su correspondiente mantenimiento y costos
15
c)
trincheras abajo o a lo largo del talud son necesarios mas solo drenan
superficialmente
d)
galerías excavadas en la masa de roca atrás del talud, son muy costosas pero
cuando es a gran escala y se las requiere es el método más efectivo;
pueden ser usadas para mapeamiento estructural, y para adicionar
perforaciones dentro del talud si fuese necesario
Fig. 2.18 – Tipos de Drenajes en una mina
16
2.7.6
Mecanismos Básicos de Rupturas [7]
2.7.6.1
Características
Barton encontró que las tensiones de ruptura son generadas como resultado de
pequeños momentos de fuerzas actuando en la masa de roca. A través de otros
pequeños movimientos muy pequeños, se va teniendo una acumulación, hasta
tener una significativa fuerza para causar el movimiento y desplazamiento de la
superficie del talud.
Son cuatro los mecanismos básicos de ruptura
Circular
Toppling
Planar
Fig. 2.19 – Tipos de rupturas representados en un talud
17
2.7.6.2 Ruptura Planar
Es aquella en la que el deslizamiento ocurre a través de una única superficie
plana.
Es la más sencilla de las formas de ruptura y tiene lugar cuando existe una
fractura dominante en la roca y convenientemente orientada respecto al talud.
Frecuentemente se trata de fallas que interceptan al talud. También puede
producirse en macizos donde existen intercalaciones de estratos de poco espesor
de material poco resistente.
Fig. 2.20 Ruptura Planar
Una de los mas notadas en las minas de la MBR;
en el filito debido a sus características de formar pastillas, en el cuarcito, y en el
mineral por sus características de formación en capas debido a la lixiviación.
Condiciones geométricas necesarias para desenvolvimiento de rupturas
planares:
- el plano en el cual ocurrirá el deslizamiento deberá ocurrir teniendo una
dirección paralela o casi paralela (± 20 o) a la cara del talud
- el buzamiento de este plano debe ser menor que el del talud ( i > β)
18
- el buzamiento de este plano debe ser mayor que el del ángulo de atrito del
material del talud (la presencia de agua puede eliminar esta necesidad)
(β > φ)
- superficies de separación que provoquen el desconfinamiento lateral deben
estar presentes
i>β>φ
Considerando un talud como el gráfico siguiente
R=cA+Wcosβ tanφ
H
Wcosβ
Wsenβ
W
i
β
φ
Fig. 2.21 – Fuerzas que actúan en una ruptura planar
el factor de seguridad vendrá dado por:
F = [(c x A) + (W x cos β - U) x tag φa] / (W x sen β) – V
Conforme la altura del talud aumenta la contribución relativa de la cohesión a la
resistencia total disminuye.
Para taludes muy altos, el ángulo de talud estable se aproxima al ángulo de
rozamiento φ.
Hoek (1970) relacionó la función altura Y con la función de ángulo de talud X,
para rotura planas en taludes drenados.
19
Fig. 2.22 - Relación entre altura del talud y función del
ángulo del talud [12]
Y = (γ x H) / c
X = 2 x [ (i - β) x (β - φ)]1/2
Foto 2.3 – Ruptura planar
2.7.6.3 Ruptura en cuña
Fig. 2.23 - Ruptura en cuña
Condiciones de ocurrencia
- Combinación de dos planos estructurales con los planos de cara y
crista del talud; deslizamiento ocurre :
a lo largo de la línea de intersección - xx
a lo largo de uno de los planos
- Buzamiento de la línea de intersección menor que el del talud
1/2 ξ
Plano A
β
Plano B
ξ
Fig. 2.24 - Vista frontal de fuerzas en ruptura de cuña [6]
Línea de intersección
ψfi
ψi
φ
Fig. 2.25 - Vista lateral de fuerzas en rupturas de cuña [6]
ξ
Plano A
Plano B
β
Cara del talud
ψi
ψfi
φ
Dirección del deslizamiento
Fig. 2.26 – Fuerzas representadas en proyección estereográfica [8]
Foto 2.1 – Ruptura de Cuña
2.7.6.4 Ruptura circular [3]
Fig. 2.27 – Ruptura circular
Es aquella en la que la superficie de deslizamiento es asimilable a una superficie
cilíndrica cuya sección transversal se asemeja a un sector circular.
Se suele producir en terrenos homogéneos, ya sean suelos o rocas altamente
fracturadas no cementadas, sin direcciones predominantes de fracturación, en los
que debe cumplirse la condición de que las partículas de suelo o roca tengan un
tamaño muy pequeño en
comparación con las del talud.
Fig. 2.27 – Ruptura circular
Es aquella en la que la superficie de deslizamiento es asimilable a una superficie
cilíndrica cuya sección transversal se asemeja a un sector circular.
Se suele producir en terrenos homogéneos, ya sean suelos o rocas altamente
fracturadas no cementadas, sin direcciones predominantes de fracturación, en los
que debe cumplirse la condición de que las partículas de suelo o roca tengan un
tamaño muy pequeño en
comparación con las del talud.
Hoek y Bray (1977) proponen un conjunto de ábacos con los que es posible
efectuar una primera estimación del Factor de Seguridad
Foto 2.2 – Ruptura Circular
2.7.6.3 Ruptura por Toppling
Se produce cuando hay una rotación de columnas o bloques de rocas que
conforman el talud.
Condiciones geométricas necesarias:
- estructura buzando para el talud con ángulos fuertes
- espaciamiento entre las camadas pequeño a medio
Fig. 2.28 - Ruptura por tombamiento
Tipos de toppling
Flexural
Asociado a queda de bloques
Asociado a otro tipo de ruptura
Block-flexure
Secundarios
En las minas de la MBR, se produce especialmente en ciertos filitos donde el
aumento del nivel freático propicia disgregación del filito como pequeñas placas
que caen continuamente.
Fig. 2.29 – Toppling Flexural
Cuando la exfoliación tiene un buzamiento hacia el interior del macizo ocurre una
mayor desarticulación de los bloques.
mayor desarticulación de los bloques.
Fig. 2.30 – Toppling por caídas de bloques
2.8
Caso Práctico
El uso de todos los parámetros que se ha revisado, con lleva al uso de una metodología que se
puede adoptar en cualquier empresa minera, sin depender del mineral que se explote, ya que es la
base del proceso del diseño del talud.
A continuación sigue un conjunto de tablas y gráficos de la Mina de Aguas Claras – MAC,
explicando mejor la aplicación de los parámetros, en la cual se muestra algo de resultados de
laboratorio, resultados de análisis de estabilidad, gráficos procedentes de programas que ayudan
en el trabajo dando velocidad y exactitud, y la mina con sus respectivos ángulos de taludes.
Tabla 2.8 - PARAMETROS DE CLASIFICACION
Bieniawski (1989)
ITEM
PARAMETROS
R6
R5
R4
R3
R2
R1
1
Resistencia a la compresión simple
MPa.
>250
250 – 100
100 - 50
50 – 20
20 – 5
5–1
RMR
15
12
7
4
2
1
RQD
2
RMR
Fracturamiento
3
RMR
Persistencia
RMR
Abertura
RMR
Rugosidad
RMR
4
Condiciones de las Fracturas
A
B
C
Relleno
D
RMR
Alteración de
pared
RMR
E
Agua
5
RMR
Observaciones
6
Orientación de las Fracturas
Faja de Valores - RMR
Q5
Q4
Q3
Q2
Q1
100 – 90
90 – 75
75 – 50
50 – 25
< 25
20
17
13
8
3
F1
F2
F3
F4
F5
F6
>2m
20
<1m
6
Cerrada
6
Muy rugosa
6
2 – 0,6 m
15
1–3m
4
< 0,1 mm
5
Rugosa
5
Duro
0,6 – 0,2 m
10
3 – 10 m
2
0,1 – 1,0 mm
4
Poco rugosa
3
20 – 6 cm
8
10 – 20 m
1
1 – 5 mm
1
Lisa
1
6 – 2 cm
5
< 2 cm
5
Ninguno
6
Sana
(F, R4, R5)
6
< 5 mm
4
Poco alterada
(S, R3)
5
> 20 m
0
> 5mm
0
Espelhada
0
Suave
> 5 mm
2
Moderadamente
(M, R2)
3
Seco
< 5mm
2
Muy alterada
(H, R1)
1
> 5 mm
0
Descompuesta
(C, R0)
0
15
Influencia de agua tomada en consideración en la estimativa de las tensiones efectivas en los análisis de estabilidad
Considerada en la estimativa de los mecanismos de ruptura
Peso 0 (cero), donde el criterio de Hoek & Brown (1988) es considerado valido para su aplicación
Tablas 2.9 - INDICES FISICOS
LITOTIPO
ALTERACION
Grupo Nova Lima
Equisto-Cloríto (Xt)
Formación Moeda
Cuarcito (Qt)
Formación Batatal
Filito Sericítico
(FS)
S
M
F
S
F
S
M
F
S (oscuro)
S (claro)
Unidad Transicional
Filito Dolomítico (Fd)
MASA ESPECIFICA
NATURAL
SECA
ABSORCION
%
2.246
2.119
2.65
2.509
2.802
2.609
2.268
2.268
2.268
2.324
2.282
2.126
2.847
2.485
2.714
2.558
2.285
2.645
1.916
2.313
7.15
9.98
0.19
2.6
.55
2.93
7.7
1.96
13.38
6.11
POROSIDAD
%
16.23
21.20
0.5
6.35
1.53
7.45
17.19
4.94
25.34
14.13
Tabla 2.10 - TABLA DE RESISTENCIAS
LITOTIPO
ALTERACION
Grupo Nova Lima
Equisto-Cloríto (Xt)
Formación Moeda
Cuarcito (Qt)
Formación Batatal
Filito Sericítico
(FS)
Unidad Transicional
Filito Dolomítico (Fd)
S
M
F
S
F
S
M
F
S
COMPRESION SIMPLE (Mpa)
Paralela
Oblícua
COMPRESION
PUNTIFORME
7..3
14.0
-
21.8
6.6
234
20.8
21.0
7.7
53.0
10.0
37.40
13.0
24.0
TRACCION
(MPa)
2.2
16.0
2.4
5.5
2.8
6.8
2..2
Tabla 2.11 - ROCA INTACTA – CARACTERISTICAS DE RESISTENCIA
LITOTIPO
OBLICUA
PLANO DE RUPTURA
OBLICUO A FOLIACION 45°
C’ (Mpa)
mi
∅’
PARALELA
PLANO DE RUPTURA
DE LA FOLIACION
C’ (Mpa)
mi
∅’
Xt
1.00
47
10
0.4
52
8
Fs
0.62
54
10
0.36
52
4
Tabla 2.12 - DOLOMITO FERRUGINOSO ALTERADO (Ia), FACTORES DE SEGURIDAD
SECTOR
SECCION
α
CUMBRE 1
1
4
6
7
8
7
S + 600
8
LíMITE 7/8
9
S + 500
37
42
42
42
45
45
50
35
37
RUPTURA
CIRCULAR
PLANO CIRCULAR
Drenado
Saturado
Drenado
Saturado
1.88
1.44
1.60
1.43
1.58
1.21
1.29
1.16
1.88
1.35
1.50
1.32
1.59
1.23
1.25
1.12
1.65
1.25
1.30
1.19
1.37
1.09
1.31
1.21
1.7
1.22
1.23
1.11
1.3
1.20
1.28
1.10
1.3
1.13
-
Fig. 2.31 – Pit Final MAC - Niveles de Tensión
Ver archivo Xstabl
Fig. 2.32 – Cálculos de tipos de rupturas por el programa Xstabl - Bishop
Factores Geomecánicos
Principales Mecanismos de Ruptura en MAC
Fig. 2.33 – Factores Geomecánicos – Principales tipos de ruptura de la Mina de Aguas Claras
Foto 2.4 – Mina de Aguas Claras – Angulos Generales de los taludes
CAPITULO III
CONTROL EN EL USO DE EXPLOSIVOS
3.1 Objetivo
El objetivo es tener un control de las vibraciones en las detonaciones para evitar molestias a la
vecindad y no perjudicar la estabilidad del talud.
Dicho control se lo lleva con lecturas de sismógrafos, y los cálculos respectivos que se realizan en
el campo.
3.2 Características Generales [13]
Dentro de una explotación minera, la perforación y voladura ocupa un lugar destacado , no solo
por su peso dentro del coste de operación, sino incluso por su influencia directa en los
rendimientos y costes de las otras etapas del ciclo: carga, transporte y trituración.
Los efectos de las vibraciones pueden clasificarse en:
molestias a las personas próximas a la voladura
daños estructurales y arquitectónicos en las edificaciones
inestabilidades en los macizos rocosos
Se pueden clasificar los explosivos en dos grandes grupos: [14]
explosivo deflagrante, (queman) como la pólvora negra
explosivo detonante, (instantáneos) como la dinamita
Para trabajo de desmonte de roca se utiliza explosivo del tipo detonante.
Son llamados altos explosivos, se descomponen por detonación, de forma rápida y violenta
Se las emplea según sus propiedades, como: [15]
fuerza – energía del explosivo
densidad
sensibilidad – medida del poder de propagación tanto con respecto a una carga en
columna en un barreno, como entre cargas de barrenos separados
velocidad – rapidez con que la onda de detonación se propaga a través de una columna
de explosivo
resistencia al agua
producción de gases – gases no tóxicos: CO2, N, H2O4
gases tóxicos : CO, ON...
Según la granulometría que requiera la planta será uno de los factores para el diseño de la
voladura, también hay que tomar en cuenta el cargamento y transporte.
Total
Costos
Cargamento, transporte y
trituración
Perforación y desmonte
finos
fragmentación
gruesos
Fig. 3.1 fragmentación vs estabilidad
3.3 Elementos de una voladura [13]
• Tipo, peso y distribución de explosivos (razón de cargamento)
• Diámetro del barreno - d
• Acoplamiento
• Afastamiento (Burden) – Ap - Ar
• Espaciamiento (Spacing) - E
• Altura del banco - H
• Profundidad de sobre perforación - s
• Inclinación de barreno - i
• Taponamiento - T
• Iniciación de la secuencia de detonación
• Retardos entre los barreno y filas
•
Geología
Crista
d
Ap
E
H
i
T
Cara
Ar
P
Q
Pie
S
Fig. 3.2 - Elementos en una voladura
• Tipo
La energía de un explosivo es la medida de trabajo hecho por cierto peso o volumen de
explosivo.
El volumen o capacidad de fuerza está relacionada a la energía del peso por la gravedad
específica siendo esto importante para calcular el volumen que debe contener un barreno, dada
la energía de un explosivo.
Los explosivos que generen presiones de barrenos mas bajas provocarán niveles de vibración
inferiores y estos explosivos serán los de baja densidad y baja velocidad de detonación.
Una alta capacidad de energía es obviamente una ventaja ya que requiere menos barreno (o
disminución del diámetro), y la cantidad de explosivos en cada uno.
Ejemplo.
Para el ANFO , explosivo granular, aumenta su densidad bajo presión, lo cual ayuda a obtener
una mayor capacidad de energía, aumentando su sensibilidad.
La adición de otros componentes como Al(11%), ayudan a obtener mayor cantidad de energía
liberada, siendo utilizada cuando los costos de perforación son altos.
Se los clasifica según el uso, para:
iniciar cargas de explosivos
fornecer o transmitir llama para iniciar una explosión
propagar una onda explosiva
Encendedores - estopim de seguridad
velocidad uniforme - v ≈ 110 m/s
Detonadores - espoletas simples
iniciadas por estopim
espoleta eléctrica
Cordel detonante – v ≈ 6000 m/s - 10 gr. x m
Anfo - v ≈ 3500 m/s
Reforzadores - Boosters
altos explosivos
Sistema no eléctrico - 10 mg x m
• Diámetro
Un mayor diámetro (de 4 ½ ” a 9” ):
Altura de perforación ≥ 9 m
Disminuye costos de perforación
Aumenta el afastamiento y baja la eficiencia, sabiendo que teóricamente el afastamiento =
40 veces el diámetro, lo que con lleva a un límite en el diámetro con el cual se va a
trabajar d ≤ (bench height/40)
Aumenta presión de explosivos:
flyrock
air blast
fracturamiento de la roca que queda
Menor diámetro:
Altura de perforación ≤ 9m
Mayor control de la voladura
• Acoplamiento
Es la capacidad que tiene el explosivo a llenar todo el barreno.
Va a depender de su densidad y/o si está encartuchado.
• Afastamiento
Distancia entre las filas de barrenos, tomando en consideración la cara del talud
Al detonar
- la onda de tensión de compresión longitudinal es expulsada hacia afuera de roca
- una tensión tangencial crea las fallas radiales que se extienden hasta una distancia de 4
veces el diámetro la tensión de compresión actúa en la cara libre y refleja una onda de
tensión dentro de la masa de roca
Pequeño afastamiento libera tensiones radiales, esto implica que disminuye la
eficiencia y aumenta fly rock
Grandes afastamientos pueden obstruir la detonación con problemas de pobre
fracturamiento es decir baja eficiencia
Afastamiento máximo (m) = diámetro del barreno (plg.)
Afastamiento normal (m) = (0.8 – 0.6) x diámetro del barreno.
El efectivo afastamiento Be y el espaciamiento Se dependen del modelo de barrenos y de
la secuencia de la detonación.
Average burden
x
h
α
T
Average front row burden = x + 1/2 h cot α
Fig. 3.3 – características en afastamientos
• Espaciamiento
Distancia entre barrenos de la misma fila
Interesa saber si el gas puede penetrar la roca adyacente y provocar el fracturamiento
Normalmente Se ≈ 1,25 Be
Si la distancia entre barrenos es muy grande y la roca es muy dura, los gases producidos
encuentran dificultades para fragmentar y desplazar la roca, estos gases se verán confinados
durante mayor tiempo, y la energía de explosión acumulada al reducir el movimiento de la
roca, genera un incremento considerable de los niveles de vibración del terreno.
• Altura del banco
Alturas pequeñas ayudan:
disminuir problemas de vibración y onda aérea
menor variación en la dirección de los barrenos
menor riesgo de proyecciones
mayor control en fragmentación
Alturas grandes:
mayor producción
incremento de diámetro
• Sub perforación
Es la perforación bajo el pie del talud.
Si esta fragmentación es pobre aumenta el tiempo de operación.
Si es excesiva produce daños a la roca y disminuye la estabilidad; daños a la nueva cresta.
Teóricamente la sobre perforación es igual a ( 0.2 o 0.3) veces la distancia entre dos barrenos
próximos.
Y debe quedar con una inclinación de 15 a 25 grados máximo.
15° a 20°
Sub perforación
Fig. 3.4 - Sub-perforación - características
• Inclinación
De 10 a 30 grados aumenta la fragmentación
Aumenta desplazamiento
Disminuye problemas de back-break
• Taponamiento
Sirve para confinar el explosivo dentro de la masa de roca
Pequeños
Aumenta explosión de gases lo cual genera problemas de flyrock y airblast.
Disminuye fragmentación.
Grandes
Disminuye fragmentación en la parte superior
La altura depende de las características de la roca y del tipo de trabajo a realizar
(producción o acabamiento)
Teórico = 0.67 a 2 veces Be
= (afastamiento)0.7
• Iniciación
Va a depender de donde esta la roca menos confinada (cara libre del talud), tomando en
cuenta retardos a utilizar y geología predominante de la roca)
Cuidado con la deflagración; en la cual, la descomposición es mayor que la combustión (v ≈
1000 m/s), como sucede al utilizar cordel detonante y ANFO
• Retardos
Aumentan la eficiencia de la detonación al liberar poco a poco la roca permitiendo actuar a
los gases y ayudando al desplazamiento de la masa de roca.
Disminuye la vibración y ruido al evitar la superposición de ondas generadas por la
detonación
El nivel de vibración depende de la carga de peso por retardo, (< 15 ms ⇒ vibración)
A mayor cantidad de retardos aumenta la fragmentación
• Geología
Se debe tomar en cuenta, frecuencia y orientación de foliación, fallas, tensiones dinámicas de
la roca, entre otros factores.
Si la tensión a compresión de la roca es excedida se produce backbreak.
La tensión dinámica de compresión es igual a presión del explosivo que no produce crushing
en la pared del barreno.
Normalmente en roca suave la onda alcanza valores mas elevados y dura menos tiempo su
acción.
3.4 Mecanismo Básico de detonación [13]
Las alteraciones principales que originan las voladuras son:
vibraciones, onda aérea y proyección de roca
Cuando un explosivo detona dentro de un barreno, se produce una liberación súbita de energía
que se propaga radialmente en todas las direcciones.
La propagación depende de la presión de explosión que genera la carga y de la existencia de
fisuras en el macizo y de otras propiedades de la roca.
TT--1
1
T -2
Detonación
Propagación de ondas de choque/tensión
T -4
T -3
Expansión de los gases
Movimiento de masa
Fig. 3.5 - Mecanismo Básico de Detonación [3]
La fragmentación de la roca por un explosivo incluye:
la generación de una onda de tensión por la presión del barreno, la extensión y apertura de las
grietas por la penetración de gases a alta presión y la liberación y aceleración de la masa rocosa
fragmentada a una determinada velocidad.
Fig. 3.6 - Acción del movimiento de la masa
Compresión - Tracción
3.5 Normas y Límites [20]
La utilización de metodología específica para desmonte de roca con uso de explosivos,
principalmente en áreas urbanas, debe llevar en consideración la protección y seguridad de las
poblaciones vecinas.
Las normas técnicas de la ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR 9653,
establecieron parámetros mínimos que deben ser observados, entre los principales están:
- la velocidad resultante de la vibración de partículas, en locales cercanos o en el área de
la operación de la mina, debe ser limitada a 15 mm/s, cuando no hubiera un estudio
detallado de la fecuencia de vibración.
- el nivel de presión sonora proveniente del “soplo del aire” de la detonación debe ser
limitado a 100 Pa (134 dBL)
- cuando no fuese posible una medición de la velocidad de vibración de las partículas, se
debe mantener una distancia escalonada (DE) mayor o igual a 40.
100
Velocidad de Partícula (mm/s)
Vp= 50 mm/s
Vp= 19 mm/s
Dp= 2.03 mm
Dp=0.76 mm
10
Vp= 12.7 mm/s
1
1
10
Frecuencia (Hz)
Fig. 3.7 – Velocidad de partícula vs. frecuencia
Límites permitidos
100
Velocidad de partícula
Intolerable
Perturbadora
Perceptible
Frecuencia (Hz)
Fig. 3.8 – Velocidad vs frecuencia
Curvas de grados de molestias
3.6 Ondas [13]
Para el control de las detonaciones uno de los parámetros a ser medidos es la velocidad de la
partícula tanto en el terreno como en el aire, los cuales se efectúan con sismógrafos de marca
Instatel Inc; MiniMate Plus III , Blast Mate III y DS-377 pertenecientes a la MBR.
3.6.1 Características
Los parámetros básicos que intervienen en el estudio de las ondas sísmicas son:
la velocidad de la partícula
velocidad de propagación de las ondas longitudinales
las tensiones inducidas
la disipación y dispersión
frecuencia y longitud de onda
Amplitud
Tiempo
Fig. 3.9 – Elementos de una Onda
velocidad de propagación v =x / t
frecuencia
f = # ciclos / t (Hz)
velocidad de la partícula vp = ∑ desplazamientos / t
longitud de onda
λ = distancia / f
T = velocidad de la partícula/velocidad de propagación
Fig. 3.10 - Superposición de ondas
Fig. 3.11 - Resonancia
3.6.2 Vibraciones por el terreno
3.6.2.1
Clasificación de las ondas
Las ondas sísmicas se clasifican en ondas internas y superficiales.
Ondas internas:
Se propagan en el interior del macizo rocoso
Se dividen en: ondas de compresión (P)
ondas de cizallamiento (S)
La deformación de la roca puede ocurrir por un cambio en el volumen debido a la
onda de compresión o por un cambio de forma debido a la onda de cizallamiento
Dirección de propagación
Onda P
Onda S
Dirección de propagación
Fig. 3.12 – Ondas de compresión
Ondas superficiales:
Afectan a un espesor de la roca aproximadamente igual a la longitud de onda
Se caracteriza por tener frecuencias bajas
Onda Rayleigh
Vibración en el plano vertical
Dirección de propagación
Trayectoria de las partículas
Onda Love
Dirección de propagación
Movimiento de las partículas
Fig. 3.13 – Ondas Superficiales
Todas las ondas sísmicas presentan una disipación o disminución de la amplitud
del desplazamiento con la distancia y las internas presentan incluso una
dispersión en las que las componentes de alta frecuencia viajan más rápido que
las de baja frecuencia.
3.6.2.2
Daños ocacionados por una mala detonación [16]
• Estructurales debido a vibración
Depende de la tensión inducida en la roca.
Explosivos cerca de la superficie libre producen dos ondas en el cuerpo y una
onda en la superficie como resultado de la respuesta elástica de la roca.
las ondas en el cuerpo son: P primaria
S secundaria
la onda sobre la superficie: es menor que P y S
se denomina Raleigh – R
produce mas daños por las vibraciones, debido a
que se propaga en la superficie, y la amplitud
decae más lentamente
Velocidad de la partícula, da la mejor indicación de probables daños
Si la velocidad es menor a 2 “/seg. (5 cm/seg.) no produce daños
Velocidad, carga por retardo, distancia de detonación son factores para
diseñar la detonación; y, con la ayuda de sismógrafos se puede establecer
estas relaciones.
Velocidad de la partícula vs distancia (R/√W)
donde:
R - distancia radial
W - peso del explosivo detonado por retardo
V = k (R/√W)B
donde k y B son constantes
El control se puede realizar a través de:
utilización de retardos
secuencia de fuego
geometría de malla, la malla cuadrada produce más vibración que la
rectangular
tipo de explosivo
tapón
Un factor importante y que no se toma en cuenta es la frecuencia, es esta la
que produce los mayores daños.
El rango permitido es de 5 a 25 Hz
Si la frecuencia coincide con la frecuencia natural de una construcción es
cuando ocurre resonancia y los consecuentes daños, también hay que
cuidarse de frecuencia muy baja
Se elimina este problema con la utilización de retardos mayores
• Debido a flyrock
Disminuir en 0.2 la cantidad de explosivo disminuye el fly rock pero también
disminuye la fragmentación
Si relacionamos con el tapón, este debe ser 0,67 a 2 veces el afastamiento
• Daños a los taludes provocados por la vibración excesiva
Back-break en los taludes finales
fracturamiento de crestas
pérdida de roca en la cara nueva
Desplazamientos diferenciados cuando existen camadas de resistencia
diferentes
Prejuicios a la seguridad operacional
Tabla 3.1 – Agentes de la detonación – Efectos [13]
Agentes de detonación
Efecto
Principal
Secundario
Ondas de
tracción/compresión
Generación de trincas nuevas
Aumento de trincas
Vibración por el
terreno
Acción de los gases
Aumento de trincas
Lanzamiento de roca
Tabla 3.2 – Daños a roca vs Vp (Bauer)
Vp (cm/s)
≤ 25
25 a 64
64 a 250
≥ 250
Daños a roca
(Según Bauer)
Ningún fracturamiento
Desplazamiento por tracción
Fracturamiento por tracción
Pocas fracturas radiales
Fragmentación total del macizo
Presión acústica
Gases
ultra lanzamiento
Tabla 3.3 – Tensión de la roca vs Vp
Tensión de la roca
σ (kg/cm2)
Velocidad de la partícula
30
90
700
Vp (mm/s)
110
326
2500
Conociendo que la deformación ε = σ/E = Vp/Vs
donde
E - es el modulo de Young
El rompimiento ocurre si σ > resistencia a la tracción
3.6.3 Vibraciones por la atmósfera
3.6.3.1
Características
El sonido, se produce cuando cualquier superficie sólida vibra e imprime a las
partículas del medio que la rodea unos desplazamientos que dan lugar a unas
ondas de presión, es un tipo de energía que se propaga en el aire como ondas
elásticas en todas las direcciones y a una velocidad constante que depende de la
temperatura del medio
V= 333.6 + 0.6 T (°C)
El oído humano es más sensible a las frecuencias altas que a las bajas, aunque
para
ambas se tenga el mismo nivel de presión sonora
La detonación de una carga de explosivo dentro de un barreno desarrolla una alta
presión debido a la expansión de los gases.
Una vez que se produce la
fracturación de la roca, los gases escapan hacia la atmósfera produciendo una
perturbación conocida por onda aérea.
La onda aérea tiene dos componentes:
El ruido, que es la parte del espectro comprendido entre 20 a 20000 Hz y que es
percibido por el oído humano, y la vibración restante, que es la parte del espectro
comprendido por bajo de 20 Hz y que no es percibido por el oído.
Ruído semi-contínuo
X
Ruído impulsivo
X
Fig. 3.14 – Tipos de ruido
Aunque la onda aérea normalmente disminuye con la distancia, debido a que las
altas frecuencias se atenúan más rápidamente, es posible que a distancia
apreciable de la voladura, se produzcan vibraciones con ruido mínimo.
Al trabajar con presión acústica hay que tomar en cuenta:
dBL = 20 log (P/ Po) donde Po = 20 µ Pa
y considerar la escala logarítmica es decir que:
120 dBL ≈ 78.6 % mayor que 115 dBL
Tabla 3.14 - Tiempo de exposición máximo según
la presión sonora registrada [20]
Duración diaria
h
8
6
4
3
2
1.5
1
0.5
0.25
Nivel de presión sonora
DB
90
92
95
97
100
102
105
110
115
3.6.3.2 Propagación
Va a depender de varios aspectos atmosféricos:
humedad del aire
temperatura
altitud
dirección e intensidad de los vientos
se puede resumir:
- a mayor altitud y elevada temperatura se va a tener mayor velocidad del sonido
lo que implica mayor ruido
- la acción del viento impide la formación de inversiones
- el sonido es reflejado por camadas continuas de nubes
- días favorables a detonación
días claros o parcialmente cubiertos con nubes leves y alta temperatura (mañana
o tarde)
días nublados mas cambios rápidos de la dirección del viento
- días desfavorables a la detonación
aire parado (días nublados)
cuando hay inversión de temperatura
días claros con temperatura y vientos constantes
3.6.3.3 Daños debido a airblast y a ruido
Ambos provienen de igual causa
Se debe procurar tener frecuencias de 20 a 30 Hz , < 20 Hz producen daños
Causados por :
sobre carga
pobre tapón
no cubrir el cordel detonante
desarrollo de fracturas en el macizo liberando los gases
inadecuado afastamiento
condiciones atmosféricas
temperatura
viento
presión y altitud
El sonido decrece con la distancia
kR = R / 3√W
donde
kR – factor de la distancia
R – distancia radial de la explosión
W – peso de la carga detonada
3.7 Técnicas del Acabado del Talud con explosivos [15],[14],[13]
Tiene por objetivo:
creación de una cara estéticamente perfecta
preservación del macizo que queda
protección de estructuras próximas
Para lo cual se utilizan varias técnicas:
perforación lineal
pre-fisuramiento
detonación amortiguada
Perforación Lineal
El primer método que se utilizo en el acabado de talud con explosivos
Consiste en una carrera de barrenos sin carga y pocos separados entre sí en el límite del talud
Se trabaja con :
Diámetro va entre 2” a 3”
Separados 2 a 4 veces el diámetro
Alturas de bancos menores a 9 metros
Mejora los resultados en roca homogénea
Aumenta costos de perforación
Pre- fisuramiento
Similar a perforación linear, pero se distingue de:
Trabaja con:
Diámetro de 2” a 4”
Los barrenos se cargan (poca carga)
Se detona toda la carrera al mismo tiempo
Los barrenos se perforan más separados
Se detona antes de detonar el resto de la masa de roca
Detonación Amortiguada
Se trabaja con diámetros mayores de 2” a 6”
(se puede llegar a 9½ ”)
Se detona después de detonar la masa de roca
(retirar material detonado)
Disminuye costes de perforación
Aumenta el resultado en formaciones no consolidadas
Tabla 3.5 - Características del Acabado del talud con explosivos
Hagan
Barreno
∅ (mm)
75
90
100
115
125
150
200
230
250
270
310
Prefisuramiento
Detonación amortiguada
Cartucho RLQ Espaciamiento Cartucho
RLQ
malla
∅ (mm)
22*
25*
29*
32*
38*
45
55*
65*
80*
80
80
(kg./m)
0.45
0.65
0.80
1.10
1.30
1.85
3.30
4.50
5.30
6.10
7.80
(m)
0.75
0.90
1.00
1.10
1.20
1.45
1.85
2.00
2.15
2.25
2.40
* carga de columna continua
RLQ – carga lineal de cargamento
Foto 3.1 – Acabado de un Talud
∅ (mm)
22*
25*
29*
32*
38*
55
55
55*
80
80
90
(Kg./m)
0.50
0.70
0.80
1.05
1.20
1.70
2.75
3.30
3.75
4.15
4.80
(m x m)
1.15 x 1.55
1.35 x 1.80
1.50 x 2.00
1.70 x 2.20
1.80 x 2.40
2.20 x 2.80
2.80 x 3.70
3.30 x 4.20
3.60 x 4.60
3.90 x 5.00
4.40 x 5.60
3.7 Análisis de Daños a los Taludes [13]
Se puede seguir un análisis a partir de las siguientes condiciones:
• Condición de las paredes después de la excavación
1. ningún ultra-arranque
2. poco ultra-arranque
a. crista
b. pie
c. otros puntos
3. Presencia de repie
4. ultra arranque en algunas áreas
5. ultra arranque generalizado
• Condiciones de las medias cañas (medio furo)
1. totalmente preservadas (sin fisuramiento)
2. casi totalmente
3. intactas en algunas áreas
4. no visibles
• Condiciones de intemperismo en las paredes
1. ninguna mudanza notable después de ...(tiempo)
2. alguna deterioración después de ...
3. deterioración superficial .....
4. deterioración excesiva ....
3.8 Control de detonaciones [18]
De un modo general, se puede adoptare las siguientes recomendaciones técnicas:
•
evitar la detonación de explosivos con peso inadecuado
•
usar razón de cargamento apropiada para cada tipo de roca
•
no adoptar afastamientos excesivos
•
procurar la utilización de malla alargada con relación espaciamiento/afastamiento, ≥ 2
•
evitar el uso de prefisuramiento en el acabado del taluddesmonte escultural
•
iniciar adecuadamente el fuego, evitar el lado mas preso (confinado)
•
evitar la detonación de furos de levante
•
adoptar retardos entre carreras compatibles con la frecuencia de vibración
•
aumentar número de caras libres
•
reducir carga por espera
•
orientar la detonación
•
escoger adecuadamente el horario del fuego
•
evitar la detonación de explosivos confinados
•
adoptar taponamiento adecuado
•
considerar las condiciones meteorológicas, la dirección y la velocidad de los vientos y nubes
•
utilización de explosivos de baja velocidad
•
utilización de accesorios no detonantes en la superficie
Los tiempos de retardo deben ser tal que la progresión de la voladura a lo largo del frente se
efectúe a una velocidad inferior a la del sonido en el aire (340 m/s)
3.10
Casos Prácticos
Primero se tratará sobre el control de las detonaciones midiendo las vibraciones que estas
producen con la ayuda de sismografos, esto por trabajar cerca de residencias, en algunos casos
distancias menores de 350 metros y trabajando con perforadoras de 6 ½ “ .
También se incluye distintas mallas y dispositivos de detonación que se utilizan de acuerdo al
material y a la región que se va a detonar.
Cuando se trata de explosivos y propiamente dicho de detonaciones no se puede decir que la
malla utilizada para un área va a satisfacer las necesidades de otra región aún estando muy cerca.
En la primera parte se demuestra el seguimiento cotidiano, casi a diario que se lleva sobre las
minas, especialmente en la mina de Tamandua, donde se llega a detonar casi a los 300 metros de
las residencias, lo que causa un gran número de reclamos a pesar de estar muy por debajo de los
límites permitidos con respecto a vibraciones según normas internacionales y brasileras ABNT
9653, donde la velocidad maxnima de la particula a registrar debe sermenor a 15 mm/s y la
presion menor a 100 Pa o 134 dB, debido a esto se llegaron a acuerdos entre la empresa y los
moradores, entre los cuales la empresa se aumenta los controles e intenta disminuir más
cualquier tipo de vibración proveniente de las detonaciones.
En otras minas donde no se tiene estos problemas se puede utilizar valores de vibracion más
elevados siempre dentro de las normas y límites permitidos.
MINA DE TAMANDUÁ
Tabla 3.6 - Instrumentación de Detonaciones - Primer Trimestre de 1999
Fecha
6-Jan-99
6-Jan-99
6-Jan-99
15-Jan-99
15-Jan-99
15-Jan-99
19-Jan-99
19-Jan-99
19-Jan-99
19-Jan-99
3-Feb-99
12-Feb-99
12-Feb-99
12-Feb-99
24-Feb-99
24-Feb-99
3-Mar-99
10-Mar-99
10-Mar-99
10-Mar-99
15-Mar-99
15-Mar-99
15-Mar-99
29-Mar-99
29-Mar-99
Ensayo
No
Banco
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
1289
1282
1282
1289
1275
1380
1282
1275
1282
1282
1275
1282
1275
1275
1275
1282
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
DETONACION
Coord.
320
640
620
320
560
780
320
570
660
640
600
680
600
480
450
670
390
360
620
460
620
350
380
650
600
Barreno
quant.
8520
8650
8700
8510
8660
8990
8570
8660
8620
8550
8650
8600
8690
8910
8940
8550
8640
8660
8570
8930
8570
8970
8970
8550
8700
7
10
4
12
13
13
7
7
10
4
24
7
21
11
9
15
12
5
7
11
7
16
15
8
15+5
CARGA (Kg)
Q/esp.
Qtotal
Dist.
Registro
JOB No
(m)
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
150
100
100
100
75
100
550
825
400
1125
975
1300
700
600
975
400
2375
700
2100
1100
900
1500
1050
450
675
800
550
1500
1400
600
1500
680
550
600
670
600
830
700
590
510
460
570
480
600
850
890
440
690
730
490
880
490
730
950
540
610
2375
1002
950
645.2
1
1
1
4
4
4
5
5
5
5
9
10
10
10
13
13
16
18
18
18
20
20
20
23
23
Vibración
Terreno
(mm/s)
1.330
1.080
0.686
2.190
1.670
0.538
1.140
1.720
0.955
0.955
1.340
1.600
1.500
<0,5
<0,5
1.700
0.724
1.690
1.690
0.575
0.924
0.924
0.521
0.930
1.190
Presión
Acústica
Pa
13.3
13.0
5.50
10.5
18.8
34.3
13.8
13.5
22.8
7.25
17.8
12.5
13.3
10.3
17.0
30.8
30.8
6.50
21.3
21.3
8.50
11.3
10.3
2.19
1.19878261
34.3
15.8456522
dB
116
116
109
114
119
125
117
117
121
111
119
116
116
114
119
124
124
110
121
121
113
115
114
OBSERVACION: las instrumentaciones fueron realizadas en el Mirante localizado en lo alto de la Mina,
a aproximadamente 120 m del límite con el Condomínio.
max
med
25
13
1380
1282.28
780
533.6
8990
8693.2
24
10.625
150
101
23
11.04
124.685282
116.982758
MINA DE TAMANDUÁ
Tabla 3.8 - Instrumentación de Detonaciones - Abril de 1999
Ensayo
No
Fecha
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
9-Apr-99
9-Apr-99
9-Apr-99
9-Apr-99
12-Apr-99
15-Apr-99
15-Apr-99
15-Apr-99
15-Apr-99
15-Apr-99
15-Apr-99
15-Apr-99
15-Apr-99
19-Apr-99
19-Apr-99
19-Apr-99
23-Apr-99
23-Apr-99
23-Apr-99
27-Apr-99
27-Apr-99
27-Apr-99
27-Apr-99
27-Apr-99
27-Apr-99
28-Apr-99
28-Apr-99
28-Apr-99
28-Apr-99
28-Apr-99
28-Apr-99
29-Apr-99
29-Apr-99
JOB
No
26
26
26
26
29
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
31
34
34
34
35
35
35
35
35
35
37
37
37
37
37
37
38
38
Det.
No
Banco
1
2
3
4
1
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
1
1275
1282
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1275
1289
1275
1275
1289
1302
1275
1289
1289
1275
1289
1289
1296
1282
1282
1296
1282
1282
1302
1302
DETONACION
Coord.
640
700
350
410
400
650
640
440
380
650
740
440
380
650
700
450
670
720
500
660
700
680
660
700
680
730
640
580
730
640
580
500
500
8570
8500
8630
8620
8600
8550
8560
8630
8810
8550
8560
8630
8810
8540
8550
8630
8540
8570
9400
8530
8630
8670
8530
8630
8670
8460
8700
8750
8460
8700
8750
9450
9450
Barreno
diam.
cant.
6 1/2
9
6 1/2
13
6 1/2
12
6 1/2
7
6 1/2
10
6 1/2
17
6 1/2
16
6 1/2
18
4
20
6 1/2
17
6 1/2
16
6 1/2
18
4
20
6 1/2
16
4
20
6 1/2
26
6 1/2
8
6 1/2
22
4
25
4
20
6 1/2
5
6 1/2
4
4
20
6 1/2
5
6 1/2
4
6 1/2
9
4
15
4
6
6 1/2
9
4
15
4
6
4
80
4
80
CARGA (Kg)
Q/esp.
Qtotal
Dist.
Local
Instr.
(m)
112
100
100
112
110
75
75
60
50
75
75
60
50
100
25
75
50
105
25
40
125
125
40
125
125
150
40
40
150
40
40
30
30
925
1300
1200
750
1025
1100
1050
975
1000
1100
1050
975
1000
1600
450
1900
375
2225
550
775
575
475
775
575
475
1275
525
200
1275
525
200
2375
2375
480
Mirante
390
Mirante
720
Mirante
660
Mirante
790 Paulo Saliba
460
Mirante
470
Mirante
650
Mirante
820
Mirante
670alesteros - Inte
670alesteros - Inte
720alesteros - Inte
900alesteros - Inte
450
Mirante
430
Mirante
640
Mirante
760 Paulo Saliba
800 Paulo Saliba
1590 Paulo Saliba
750 Paulo Saliba
850 Paulo Saliba
890 Paulo Saliba
650 Balesteros
760 Balesteros
790 Balesteros
340
Mirante
590
Mirante
660
Mirante
670 Dna Ursula
860 Dna Ursula
900 Dna Ursula
1340
Mirante
1640 Paulo Saliba
Vibrac.
Terreno
(mm/s)
1.180
2.640
0.660
0.693
0.592
1.520
1.240
0.654
< 0,5
1.550
1.550
1.160
< 0,5
1.050
< 0,5
0.536
0.561
< 0,5
< 0,5
< 0,5
< 0,5
1.900
0.742
< 0,5
1.030
0.579
< 0,5
0.795
< 0,5
Presión
Acústica
Pa
12.30
8.00
5.25
2.50
2.00
8.50
6.50
5.75
dB
116
112
108
102
100
113
110
109
9.25
9.25
8.50
113
113
113
4.50
107
2.25
2.50
101
102
4.75
4.50
108
107
2.50
7.75
102
112
12.00
116
MINA DE TAMANDUÁ
Tabla 3.9 - Instrumentación de Detonaciones - Mayo de 1999
Ensayo
No
Fecha
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
3-May-99
3-May-99
3-May-99
3-May-99
3-May-99
3-May-99
5-May-99
5-May-99
5-May-99
5-May-99
5-May-99
5-May-99
5-May-99
5-May-99
10-May-99
10-May-99
10-May-99
10-May-99
10-May-99
10-May-99
12-May-99
12-May-99
12-May-99
12-May-99
12-May-99
12-May-99
13-May-99
13-May-99
13-May-99
13-May-99
13-May-99
13-May-99
17-May-99
17-May-99
17-May-99
17-May-99
17-May-99
17-May-99
19-May-99
19-May-99
19-May-99
JOB
No
40
40
40
40
40
40
42
42
42
42
41
41
41
41
44
44
44
44
44
44
46.
46
46
46
46
46
47
47
47
47
47
47
48
48
48
48
48
48
49
49
49
Det.
No
Banco
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
1
2
3
1
2
1
2
1
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
1
1296
1275
1282
1296
1275
1282
1289
1282
1275
1268
1289
1282
1275
1268
1289
1289
1275
1289
1289
1275
1289
1268
1289
1268
1289
1268
1289
1275
1275
1289
1275
1275
1289
1275
1303
1289
1275
1303
1275
1275
1275
DETONACION
Coord.
740
450
430
740
450
430
720
330
450
280
720
330
450
280
720
390
470
720
390
470
350
280
350
280
350
280
370
460
460
370
460
460
350
420
470
350
420
470
520
450
520
8450
8850
8550
8450
8850
8550
8600
8520
8620
8950
8600
8520
8620
8950
8630
8530
8620
8630
8530
8620
8510
8970
8510
8970
8510
8970
8480
8600
8640
8480
8600
8640
8500
8570
9070
8500
8570
9070
8520
8580
8520
Barreno
diam.
cant.
6.5
15
4
19
4
35
6.5
15
4
19
4
35
6.5
17
4
20
4 + 61/2
10 + 8
6.5
9
6.5
17
4
20
4 + 61/2
10 + 8
6.5
9
6.5
7
4
14
6.5
12
6.5
7
4
14
6.5
12
4
20
61/2
17
4
20
61/2
17
4
20
61/2
17
3
40
6 1/2
9
6 1/2
6
3
40
6 1/2
9
6 1/2
6
4
16
6 1/2
6
6 1/2
17
4
16
6 1/2
6
6 1/2
17
6 1/2
13
61/2+4"
9+11
6 1/2
13
CARGA (Kg)
Q/esp.
Qtotal
Dist.
Local
Inst.
(m)
100
60
40
100
60
40
100
55
100
100
100
55
100
100
50
60
225
50
60
225
40
100
40
100
40
100
12.5
110
100
12.5
110
100
60
100
100
60
100
100
40
100
40
2350
975
1350
2350
975
1350
1550
1025
1175
900
1550
1025
1175
900
350
775
1400
350
775
1400
800
1700
800
1700
800
1700
500
925
550
500
925
550
875
575
1850
875
575
1850
525
1525
525
700
840
740
320
660
600
470
670
640
1000
790
660
760
1100
500
620
620
860
720
810
650
1110
690
1160
640
1010
610
610
640
665
780
820
640
620
1000
600
660
1160
660
720
520
Paulo Saliba
Paulo Saliba
Paulo Saliba
Mirante
Mirante
Mirante
Mirante
Mirante
Mirante
Mirante
Dna Ursula
Dna Ursula
Dna Ursula
Dna Ursula
Mirante
Mirante
Mirante
Paulo Saliba
Paulo Saliba
Paulo Saliba
Dna Ursula
Dna Ursula
Gutz
Gutz
Mirante
Mirante
Mirante
Mirante
Mirante
Gutz
Gutz
Gutz
Mirante
Mirante
Mirante
Balesteros
Balesteros
Balesteros
Dna Ursula
Dna Ursula
Mirante
Vibración
Terreno
(mm/s)
0.667
0.683
0.566
2.890
0.807
< 0,5
1.010
0.580
0.785
1.290
0.804
0.948
1.030
2.540
0.672
0.620
0.887
< 0,5
0.582
0.740
0.951
0.907
< 0,5
< 0,5
< 1,0
<1,0
< 0,5
0.719
< 0,5
0.681
0.605
< 0,5
0.575
< 0,5
< 0,5
0.672
< 0,5
< 0,5
1.710
1.010
<1
Presión
Acústica
Pa
3.50
1.75
2.75
8.50
3.50
dB
105
99
103
113
105
6.75
4.50
21.50
11.50
3.25
5.00
5.75
10.50
7.75
10.50
11.80
111
107
121
115
104
108
109
114
112
114
115
2.00
2.80
36.80
3.75
100
103
125
105
14.50
117
9.25
2.75
113
103
5.75
109
4.00
106
7.00
6.00
111
110
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
19-May-99
20-May-99
20-May-99
20-May-99
20-May-99
20-May-99
20-May-99
21-May-99
21-May-99
21-May-99
21-May-99
24-May-99
24-May-99
25-May-99
26-May-99
26-May-99
26-May-99
27-May-99
27-May-99
27-May-99
28-May-99
28-May-99
28-May-99
49
50
50
50
51
51
51
51
51
51
51
9021
9021
9021
9021
9021
9021
9021
9021
9021
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
2
1
1
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1275
1289
1275
1282
1289
1275
1282
1296
1289
1289
1275
1303
1275
1275
1289
1275
1282
1275
1275
1282
1289
1275
1275
450
260
370
420
260
370
420
700
310
330
320
480
430
340
360
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690
640
420
380
280
320
440
8580
8560
8590
8540
8560
8590
8540
8440
8510
8510
9070
9080
8570
8590
8440
8590
8590
8520
8580
8560
8480
8940
8610
61/2+4"
6 1/2
4"+61/2
61/2
6 1/2
4"+61/2
61/2
4
6 1/2
6 1/2
6 1/2
4
6 1/2
6 1/2
61/2
61/2
4
6 1/2
6 1/2
4
61/2
61/2
9+11
20
10+8
10
20
10+8
10
20
8
8
12
6
31
21
34
10
10
24
10
22
30
19
23
100
100
100
115
100
100
115
35
105
90
100
90
50
200
70
100
125
45
75
100
50
100
100
1525
2000
1500
1150
2000
1500
1150
700
825
700
1175
525
1550
2150
1575
900
1025
825
725
1975
875
1825
1825
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690
660
600
750
670
600
450
620
610
1130
1100
620
675
535
600
600
530
630
630
610
1010
655
Mirante
M Martins
M Martins
M Martins
Mirante
Mirante
Mirante
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
M Martins
<1
1.140
0.779
0.598
1.500
0.715
< 0.5
0.92
0.78
0.99
1.29
< 0,5
0.949
1.080
0.581
1.040
0.620
0.530
0.540
1.670
0.588
1.430
2.470
5.50
3.50
10.50
41.00
34.50
109
105
114
126
125
MINA DE TAMANDUÁ
Tabla 3.10 - Instrumentación de Detonaciones - Junio de 1999
Ensayo
No
Fecha
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
27
26
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
1-Jun-99
1-Jun-99
1-Jun-99
2-Jun-99
2-Jun-99
2-Jun-99
2-Jun-99
2-Jun-99
2-Jun-99
2-Jun-99
2-Jun-99
8-Jun-99
8-Jun-99
8-Jun-99
8-Jun-99
8-Jun-99
8-Jun-99
10-Jun-99
10-Jun-99
10-Jun-99
11-Jun-99
11-Jun-99
11-Jun-99
14-Jun-99
14-Jun-99
14-Jun-99
14-Jun-99
15-Jun-99
15-Jun-99
15-Jun-99
15-Jun-99
21-Jun-99
21-Jun-99
21-Jun-99
22-Jun-99
22-Jun-99
22-Jun-99
23-Jun-99
23-Jun-99
23-Jun-99
23-Jun-99
23-Jun-99
JOB
No
9022
9022
9022
9022
9022
9022
9022
54
54
54
54
9023
9023
9023 2b
9023
9023
9023
9023
9023
9023
9023
9023
9023
9024
9024
9024 2b
9024
9024
9024
9024 2b
9024
9025
9025
9025
9025
9025
9025
9025
9025
9025
9025
9025
Det.
No
Banco
1
2
3
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
5
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
5
1275
1289
1268
1275
1275
1275/82
1268
1275
1275
1275/82
1268
1282
1282
1282
1282
1268
1268
1282
1282
1282
1275
1268
1300
1289
1282
1282
1268
1289
1380
1380
1300
1282
1282
1373
1282
1282
1294
1282
1289
1275
1296
1300
DETONACION
Coord.
430
710
360
410
600
380
310
410
600
380
310
700
420
420
400
250
330
700
700
380
340
250
560
730
340
340
360
710
800
800
500
700
380
80
350
730
500
720
730
330
530
520
8540
8500
8890
8580
8520
8500
8970
8580
8520
8500
8970
8500
8520
8520
8540
8920
8930
8450
8450
8530
8610
8900
9250
8450
8500
8500
8920
8410
8900
8900
9100
8500
8520
8700
8510
8470
9100
8490
8580
8600
9110
9300
Barreno
diam.
cant.
6 1/2
19
6 1/2
36
6 1/2
10
6 1/2
17
6 1/2
16
6 1/2
13+11
6 1/2
6
6 1/2
17
6 1/2
16
6 1/2
13+11
6 1/2
6
6 1/2
28
6 1/2
14
6 1/2
6 1/2
14
6 1/2
28
6 1/2
18
6 1/2
52
6 1/2 4
44
4
15
6 1/2
27
4
52
6 1/2
19
6 1/2
21
6 1/2
6 1/2
25
6 1/2
11
6 1/2
45
6 1/2
6 1/2
6
6 1/2
17
6 1/2
8
6 1/2
54
6 1/2
10
6 1/2
22
6 1/2
8
6 1/2
13
6 1/2
36
6 1/2
5
6 1/2
5
4
18
CARGA (Kg)
Q/esp.
Qtotal
Dist.
Local
Inst.
Vibracción
Terreno
(mm/s)
1.260
0.986
2.330
1.880
1.260
0.820
1.290
1.710
1.060
0.951
1.070
1.450
0.937
1.150
0.980
1.610
1.160
(m)
100
50
90
100
100
150
75
100
100
150
75
100
100
100
100
150
75
100
100 25
35
75
30
100
100
100
75
100
100
100
125
100
100
100
100
100
100
100
75
75
75
50
1750
1775
900
1550
1350
2350
450
1550
1350
2350
450
2525
1175
1225
1750
1325
4700
1100
450
1950
1375
1725
1750
1875
1025
4450
625
1600
700
4700
975
2050
725
1250
2575
350
375
700
590 M Martins
510 M Martins
950 M Martins
640 M Martins
530 M Martins
580 M Martins
1040 M Martins
765 Dna Ursula
740 Dna Ursula
685 Dna Ursula
1160 Dna Ursula
550 M Martins
610 M Martins
610 M Martins
640 M Martins
1045 M Martins
1030 M Martins
500 M Martins
500 M Martins
635 M Martins
725 M Martins
1030 M Martins
1300 M Martins
500 M Martins
630 M Martins
630 M Martins
1010 M Martins
460 M Martins
1000 M Martins
1000 M Martins
1155 M Martins
550 M Martins
630 M Martins
940 M Martins
630 M Martins
520 M Martins
1155 M Martins
540 M Martins
630 M Martins
720 M Martins
1160 M Martins
1350 M Martins
0.771
0.651
2.820
< 0,5
1.990
0.748
1.060
1.810
1.290
0.818
0.870
0.573
0.980
0.790
1.170
1.340
1.780
0.691
1.160
0.820
-
Presión
Acústica
Pa
dB
5.25
6.50
4.25
3.25
108
110
107
104
Tabla 3.12 - Razón de Carga
Material
Razon de
Carga
g/t
Densidades
t/m3
Mineral
61
3.5
Ib / Id
250
3.7
Fs / Qt
120
2.6
Tabla 3.13 - Tipo de Malla en MAC
Producción
Línea de Corte
Material
Espac.
m
Afas.
m
m2
Espac.
m
Afas.
m
m2
Itabirito
7
3
21
2
3
6
Filitos
11
5
55
8
4
32
Mineral
11
5
55
9
4
36
En el campo muchas veces hay que hacer los calculos de razón de cargamento
Volumen = Afas * esp. * altura
(m3)
densidad (t/m3) * Volumen (m3) = masa (ton)
carga por barreno (gr.) = Q
Q (gr.) / masa (ton) = razón de carga (gr. explo/ton. masa)
Tabla 3.14 – Plano de carga en la mina MAC – material Filito
Furo
Prof. Tapon
m
m
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
14
14
14
14
14
14
14
14
13
14
13
14
14
14
13
12
14
14
14
Tapon
int.
m
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3
3.5
3
3.5
3.5
3.5
3.5
3
3.5
3.5
3.5
3.5
Carga
fondo
Kg
carga
columna
Kg
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
½
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
Agua
Inclina
.
Tabla 3.15 - Plano de carga en la mina de Tamandua – material Filito
Furo
Prof.
m
Afas.
m
Espac.
m
ANFO
Booster
1
10.10
4
8
97
1/2
2
10.20
4
8
97
1/2
3
10.20
4
8
97
1/2
4
10.10
4
8
97
1/2
5
10.30
4
8
97
1/2
6
10.40
4
8
97
1/2
7
10.20
4
8
97
1/2
8
10.20
4
8
97
1/2
9
10.10
4
8
97
1/2
10
10.30
4
8
97
1/2
11
10.30
4
8
97
1/2
12
10.10
4
8
97
1/2
13
CAPITULO IV
REVEGETACIÓN DE TALUDES
4.1 Objetivos
En esta parte del trabajo el objetivo es concocer los conceptos básicos sobre revegetación ya que
es un punto importante en la estabilidad del talud, previniendo erosiones; además es un paso
necesario e importante para devolver a un lugar su ecosistema similar al que tenía antes de iniciar
los trabajos mineros.
4.2 Características
Según:
El Manual de Recuperação de Areas Degradadas pela Mineração, recuperación significa
“retornar o sítio degradado a uma forma e utilização de acordo com um plano préestabelecido
para o uso do solo”; es decir, que una condición estable será obtenida en conformidad con los
valores ambientales, estéticos y sociales de la vecindad; también, que el sitio degradado tendrá
condiciones mínimas de establecer un nuevo suelo y un nuevo paisaje. [17]
La recuperación que es proceso lento debe ser iniciada en la fase de planeamiento del proyecto
minero y finaliza mucho tiempo después del término de la explotación, cuando las condiciones
entre los componentes bióticos y ambientales presenten condiciones de equilibrio. Esta utilización
futura determinará las directrices y procedimientos que serán aplicados a la recuperación
Es necesario modelar taludes finales de manera que se consiga un perfil geotécnicamente estable,
integrado en la morfología característica del entorno y que facilite la implantación de la
vegetación.
4.3 Formas de control [20],[18]
Los impactos generados por la minería pueden ser controlados por la adopción de medidas
preventivas y correctivas. El control preventivo puede evitar la ocurrencia o minimizar los
efectos negativos de los impactos. Esta comprobado que las medidas preventivas representan
costos expresivamente menores comparados a los costos necesarios para realizar correcciones
posteriores.
Desconsiderándose el aspecto económico, se observa que la prevención atenúa mucho la
intensidad de determinados tipos de impactos inevitables.
Algunas medidas de control preventivo que pueden ser adoptadas en la minería son presentadas a
seguir:
- colectas de semillas de especies vegetales con significativa importancia o con riesgo de
extinción, para formación de viveros y posterior plantío en las áreas a recuperar
- mantenimiento de fajas de vegetación que unen las áreas a ser explotadas con áreas naturales
vecinas, propiciando una mejor movilidad de la fauna local
- estudio de la posibilidad de criar en cautiverio o de otras formas de preservación de las especies
animales amenazadas
- supresión mínima de la vegetación y desmate apenas de lo imprescindible en las frentes de
operación
- construcción de un sistema de drenaje en las frentes de trabajo, evitando la ocurrencia de
procesos erosivos en las áreas sin cobertura vegetal
- preservación en depósitos específicos de suelo vegetal de las áreas desmatadas
- planeamiento de la localización de los “bota-foras”, evitando la utilización de las áreas mas
nobles
4.4 Factores que condicionan la regeneración natural
La regeneración natural de las especies vegetales es un proceso normal, característico de cada
especie, en perfecta sintonía con las condiciones ambientales y del medio.
La dinámica natural permitió la perpetuación de todas las especies vegetales durante los tiempos.
Las especies extintas naturalmente fueron en virtud de las alteraciones graduales del medio
ambiente durante miles de años.
Partiendo por lo tanto del presupuesto que todas las especies se regeneran naturalmente, debemos
analizar los factores que condicionan este proceso, para entender la dinámica natural.
Estos factores pueden ser agrupados en tres grupos, de acuerdo con la fase de regeneración
natural:
-
factores que determinan la disponibilidad de semillas/propágulos en el local a ocupar
producción de semillas/propágulos (floración, polinización, maduración)
dispersión de las semillas (vientos, pájaros, roedores, hormigas)
presencia de depredadores (pájaros, monos)
sanidad de las semillas (insectos, hongos)
-
factores que afectan la germinación
humedad del substrato
temperatura
inibidores bioquímicos (alelopatía como el eucalipto)
depredadores (hormigas, pájaros, roedores)
-
factores que afectan al crecimiento inicial
energía (luz)
agua
nutrientes
depredadores (hormigas, lagartijas, herbívoros)
hongos patógenos
micorrizas
Estos factores todos deben estar en un nivel apropiado para garantizar el surgimiento de una
nueva planta. Como esto es muy raro, las especies vegetales más dependientes de condiciones
favorables, normalmente producen un número elevadísimo de semillas o frutos.
No debe olvidarse que algunos ciclos en la naturaleza son bastantes largos.
Se observa por lo tanto en la naturaleza una dinámica bastante intensa de vida y muerte. Por lo
tanto esta dinámica no es aleatoria. La observación minuciosa muestra que para cada evento hay
una causa y un efecto bien definido, demostrando la sustentabilidad del sistema.
En áreas donde la vegetación es destruida por el fuego o mismo corte, mas sin acciones antrópicas
posteriores, se puede observar un mecanismo de regeneración natural basado en la rebrota.
4.5 Fases de Sucesión Natural [19]
La regeneración natural puede ser un proceso de recuperación de áreas degradas, y que pueden ser
obtenidos buenos resultados si se observan algunos puntos básicos.
Al pretender recuperar una vegetación de una área degradada, es fundamental el conocimiento de
las especies que componen la formación del hábitad en este ambiente, y de las especies
importantes para la evolución de esta asociación. No es suficiente con los nombres, es necesario
conocer las características relativas a la regeneración natural y al ambiente óptimo de crecimiento
que necesitan.
Para el proceso de regeneración natural es fundamental conocer la forma y dispersión de las
semillas de cada especie.
Considerando un caso extremo de degradación de la vegetación, estando esta prácticamente
ausente, la secuencia de establecimiento vía regeneración natural puede ser la siguiente:
- Las primeras especies a establecerse después de la destrucción total de la vegetación, son
Especies cuyas semillas o frutos son dispersadas por el viento, y que germinan en suelo
mineral.
Estas semillas normalmente no tienen endosperma voluminoso; son las especies anemócoras o
con semillas persistentes
- Cuando los primeros arbustos se desarrollan, estos pasaran a constituir posada para pequeños
pájaros que se alimentarán de frutos y semillas pequeñas, y que después las eliminarán a través
De las heces. Las semillas de esta especie no germinarán a pleno sol, siendo favorecidas por él
leve sombreamiento de las gramíneas y arbustos; son las especies ornitócoras
- En una fase mas avanzada de esta sucesión, esta vegetación arbustiva con plantas jóvenes de
especies arbóreas, sirve de abrigo para roedores o aves de mayor porte.
- Son así introducidas las semillas (especies zoócoras) por tres vías:
semillas para ser consumidas que son perdidas (por animales como gralha-azul)
semillas ingeridas y defecadas (ficus)
semillas adheridas al cuerpo (desmodium)
- La condición básica para la eficiencia de estos procesos es la fuente de las semillas.
- Muchas veces la regeneración falla porque faltan las matrices productoras de semillas o los
vectores de dispersión de estas.
- La segunda premisa importante es la exclusión del área de herbívoros de grande porte,
principalmente animales domésticos, y obviamente ausencia de fuego.
4.6 Estudio y Precolonización para la Revegetalización de los Suelos [19]
4.6.1
•
Estudio
metodología del estudio
se analiza las dificultades ligadas a:
los suelos (características del substrato, inclinación de los taludes)
el clima
la vegetación circundante
informaciones de los organismos agrónomos locales (problemas locales específicos
para el cultivo de los vegetales)
•
dificultades ligadas a los suelos
ƒ
geometría de los aterros
la inclinación, altura de los bancos, grado de compactación
ƒ
características físicas
tipo de suelo - en brasil son suelos ferríferos típicos
grado de alteración - suelos ecuatoriales bien alterados, muy sensibles a
la alteración hidráulica
materia orgánica - suelos pobres en materia orgánica y poseen poca
capacidad de retención de elementos fertilizantes
retención de agua
pH...
•
dificultades ligadas al clima
ƒ
clima ecuatorial caliente y húmedo (según la época del año)
ƒ
precipitaciones atmosféricas vs evaporación
ƒ
en los suelos retenedores de poca agua (taludes inclinados, poca
capacidad de retención de los substratos) la evaporación alta cría
rápidamente condiciones áridas a pesar de la frecuencia e importancia de
las precipitaciones atmosféricas
•
la vegetación local
ƒ
inventario florístico local
ƒ
si la vegetación existente es económicamente inaccesible, se procede a
importar una flora con características similares a las del local que les
permita la adaptación.
•
informaciones de los organismos agrónomos locales
ƒ
información sobre enfermedades y posibles invasores
4.6.2
•
Precolonización
técnicas empleadas
ƒ
sembradura hidráulica (hidroseeding) dividiéndose en una pasada de semillas y
una pasada de fertilización/consolidación
•
productos auxiliares empleados
ƒ
necesidad de luchar contra la erosión y fijar las semillas:
utilización de dosis importantes de “mulch” asociadas a un fijador;
el “much” o serapilheira, esta elaborado de fibras vegetales, el se constituye de
pequeños elementos duros que producen en el terreno una mini red de fibras
para impedir desmoronamiento y de elementos finos que permiten mantener
un ambiente húmedo en torno de las semillas.
dosis: 600 a 800 Kg./hectárea
el fijador es a base de Alginate y de Polímeros sintéticos que poseen un poder de
retención de agua;
dosis: 500 Kg./hectárea
ƒ
necesidad de favorecer el desenvolvimiento de la vida microbiana, de mejorar la
capacidad del substrato para retener los elementos fertilizantes y la humedad
en cierta medida.
tratar de fornecer materia orgánica muy concentrada en humus, muy evoluída y
con lenta degradación en el suelo
ƒ
necesidad de un fornecimiento nutritivo durante un largo tiempo;
primero durante la implantación y después durante el crecimiento
•
mezcla empleada
ƒ
se necesita una diversidad de especies todas seleccionadas para que resistan las
diferentes dificultades estudiadas
•
época de los tratamientos
ƒ
sembradura (implantación) más fertilizante al inicio de la estación de las lluvias
ƒ
fertilizantes dos o tres meses después del período de lluvias
ƒ
fertilizantes al sembrar los árboles
4.7 Preparación del suelo [18],[17]
Para posibilitar la implantación de cobertura vegetal en el área, se debe inicialmente realizar
algunas operaciones de preparo del suelo. Esas medidas son para el perfecto acondicionamiento
del suelo para recibir las semillas o mudas que serán plantadas.
La primera operación de preparo de suelo es la aireación del suelo o revolvimiento, lo que
posibilitará una mejor descomposición superficial del terreno.
Foto 4.1 - Preparación del Talud con tractor